Forskare vid US Naval Research Laboratory (NRL) undersöker nu sätt att konvertera jordbruksavfall till kiselkarbid, som i sin tur kan användas för en mängd olika elektroniska och strukturella tillämpningar.
Enligt forskare vid amerikanska Naval Research Laboratory kan omvandlingen av risskal till SiC-nanotrådar ger nya material för elektroniska och strukturella tillämpningar.
Foto: US Naval Research Laboratory
Jordbrukets avfallsprodukter, såsom risskal, majsstjälkar, majskolvar, sorghumblad, vetestrån, jordnötsskal och andra skal och rester anses inte ha något värde och plöjs ofta ner i fälten. Ibland förbränns de, vilket skapar miljörisker genom frisättning av aska, CO, och nanopartiklar i luften.
Forskarna är medvetna om att detta jordbruksavfall har en betydligt hög halt kiseldioxid i ett molekylärt tillstånd, liknande kolväten. Med denna kunskap har NRL: s Dr Syed B. Qadri och hans forskargrupp upptäckt att dessa restprodukter från jordbruket ekonomiskt sett kan omvandlas till kiselkarbid (SiC) som består av nanostrukturer och nanostavar i olika polytyper. NRL:s forskarlag har åstadkommit detta genom pyrolys av jordbruksavfall för framställning av de kristallina faser av kiselkarbid, en höggradigt stabil förening, i olika former av nanokristaller, nanostavar och nanotrådar.
Genom att selektivt värma och kyla restprodukter från jordbruket kunde de systematiskt undersöka vilken roll temperaturstegring och kylningshastigheter har. De observerade att denna värme- och kylprocess direkt påverkar de utökade defektbildningsmekanismer som hjälper till att ändra de optiska, elektriska och strukturella egenskaperna hos dessa nanopartiklar.
På grund av dess unika egenskaper – hög genombrottsspänning, kemisk tröghet, hög termisk konduktivitet, dimensionsstabilitet, brett bandgap, högt motstånd mot strålning och mekanisk hårdhet – är SiC användbart i många kommersiella elektroniska och strukturella enheter. På senare tid har SiC-nanopartiklar visats sig vara ett lovande alternativ till plasmoniska metaller i mitten av infraröd nanooptik, kemiska sensorer och optiska metamaterial.
– Dessa kiselkarbidnanotrådar och nanotuber som är framställda av restprodukter från jordbruket kommer att ha många industriella och potentiella nanotekniktillämpningar, säger Dr Qadri.
NRL forskargrupp undersöker nu potentialen för användning av kiselkarbid i kemiska sensorer, optiska metamaterial, strukturella kompositer och elektronik i nanoskalan. I en framtid kommer SiC nanopartiklar också kunna innebära dramatiska förbättringar inom IR-spektroskopi.
