stringtranslate.com

Детонационный наноалмаз

Отдельные ДНА до и после отжига при 520 °C
Электронная микрофотография агрегированных ДНА
Структура тринитротолуола (ТНТ)
Структура гексогена (RDX)

Детонационный наноалмаз ( DND ), также известный как ультрадисперсный алмаз ( UDD ), представляет собой алмаз , который возникает в результате детонации . Когда взрывчатая смесь тротила / гексогена с дефицитом кислорода детонируется в закрытой камере, в течение нескольких микросекунд на фронте детонационной волны образуются алмазные частицы диаметром около  5 нм .

Характеристики

Выход алмазов после детонации в решающей степени зависит от условий синтеза и особенно от теплоемкости охлаждающей среды в детонационной камере (вода, воздух, CO2 и т. д.). Чем выше охлаждающая способность, тем больше выход алмазов, который может достигать 90%. После синтеза алмаз извлекается из сажи с помощью высокотемпературного ( автоклавного ) кипячения в кислоте в течение длительного периода ( около  1–2 суток ). Кипячение удаляет большую часть металлических загрязнений, происходящих из материалов камеры, и неалмазного углерода.

Различные измерения, включая рентгеновскую дифракцию [1] и высокоразрешающую просвечивающую электронную микроскопию [2] , показали, что размер алмазных зерен в саже распределен около 5 нм. Зерна нестабильны относительно агрегации и спонтанно образуют кластеры микрометрового размера (см. рисунок выше). Адгезия сильная, и контакты между несколькими нанозернами могут удерживать кластер микрометрового размера, прикрепленный к подложке. [2]

Наноразмерный алмаз имеет чрезвычайно большую относительную площадь поверхности. В результате его поверхность спонтанно присоединяет молекулы воды и углеводородов из окружающей атмосферы. [3] Однако при соответствующем обращении можно получить чистую поверхность наноалмаза. [2]

Зерна детонационного наноалмаза в основном имеют кубическую решетку алмаза и являются структурно несовершенными. Основными дефектами являются множественные двойники , как предполагается с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. [2] Несмотря на то, что источник углерода для синтеза алмаза — взрывчатая смесь тротила и гексогена — богата азотом, концентрация парамагнитного азота внутри алмазных зерен составляет менее одной части на миллион (ppm). [1] Парамагнитный азот (нейтральные атомы азота, замещающие углерод в решетке алмаза) является основной формой азота в алмазе, и поэтому содержание азота в ДНА, вероятно, очень низкое.

Альтернативные методы синтеза

Алмазные нанокристаллы также могут быть синтезированы из суспензии графита в органической жидкости при атмосферном давлении и комнатной температуре с использованием ультразвуковой кавитации. Выход составляет около 10%. Стоимость наноалмазов, полученных этим методом, оценивается как конкурентоспособная с HPHT- процессом. [4] [5]

Альтернативным методом синтеза является облучение графита высокоэнергетическими лазерными импульсами. Структура и размер частиц полученного алмаза довольно похожи на тот, который получен взрывом. В частности, многие частицы демонстрируют множественное двойникование. [6]

Исследовательская группа из Университета Кейс Вестерн Резерв произвела наноалмазы размером 2–5 нм в условиях, близких к окружающим, с помощью микроплазменного процесса. [7] Наноалмазы образуются непосредственно из газа и не требуют поверхности для роста.

Приложения

Коммерческие продукты на основе наноалмазов доступны для следующих применений:

  1. Шлифовка и полировка (например, Sufipol);
  2. Присадки к моторным маслам (например, ADDO);
  3. Сухие смазки для металлургической промышленности (волочение W-, Mo-, V-, Rh-проволок);
  4. Армирующие наполнители для пластмасс и резины , для изменения механических и термических свойств; [8]
  5. Термические наполнители для пластмасс и резины , для создания теплопроводящих, но электроизолирующих материалов для электроники [9] );
  6. Добавки к электролиту гальванопокрытия (например, DiamoSilb, DiamoChrom, [10] Carbodeon uDiamond [11] )
  7. Очищенные алмазы добавляются в керамические покрытия для краски (например, керамика C6); [ необходима ссылка ]

Использование в медицине

Наноматериалы могут переносить химиотерапевтические препараты в клетки, не вызывая негативных эффектов современных агентов доставки. Кластеры наноалмазов окружают препараты, гарантируя, что они остаются отделенными от здоровых клеток, предотвращая ненужный ущерб; достигнув намеченных целей, препараты высвобождаются в раковые клетки. Оставшиеся алмазы, сотни тысяч которых могли бы поместиться в игольное ушко, не вызывают воспаления в клетках после того, как они выполнили свою работу. [12] [13]

Шнобелевская премия мира 2012 года

В 2012 году компания СКН была удостоена Шнобелевской премии мира за переработку старых российских боеприпасов в наноалмазы. [14]

Ссылки

  1. ^ ab Якубовский, К.; Байдакова, М.В.; Воутерс, Б.Х.; Стесманс, А.; Адриансенс, Г.Й.; Вуль, А.Я.; Гробет, П.Й. (2000). "Структура и дефекты наноалмаза детонационного синтеза". Diamond and Related Materials . 9 (3–6): 861. Bibcode :2000DRM.....9..861I. doi :10.1016/S0925-9635(99)00354-4.
  2. ^ abcd Якубовский, К; Мицуиси, К; Фуруя, К (2008). "Высокоразрешающая электронная микроскопия детонационного наноалмаза". Нанотехнология . 19 (15): 155705. Bibcode :2008Nanot..19o5705I. doi :10.1088/0957-4484/19/15/155705. PMID  21825629. S2CID  28615231.
  3. ^ Цзи, Шэнфу; Цзян, Тяньлай; Сюй, Кан; Ли, Шубэнь (1998). "FTIR-исследование адсорбции воды на поверхности ультрадисперсного алмазного порошка". Applied Surface Science . 133 (4): 231. Bibcode :1998ApSS..133..231J. doi :10.1016/S0169-4332(98)00209-8.
  4. ^ Галимов, Э. М.; Кудин А.М.; Скоробогацкий В.Н.; Плотниченко В.Г.; Бондарев О.Л.; Зарубин Б.Г.; Страздовский В.В.; Аронин А.С.; Фисенко А.В.; Быков, ИВ; Баринов, А.Ю. (2004). «Экспериментальное подтверждение синтеза алмаза в процессе кавитации». Доклады Физики . 49 (3): 150. Бибкод : 2004ДокФ..49..150Г. дои : 10.1134/1.1710678. S2CID  120882885.
  5. ^ Хачатрян, А.Х.; Алоян, С.Г.; Мэй, П.В.; Саргсян, Р.; Хачатрян, ВА; Багдасарян, В.С. (2008). «Преобразование графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией». Алмаз и родственные материалы . 17 (6): 931. Bibcode : 2008DRM....17..931K. doi : 10.1016/j.diamond.2008.01.112.
  6. ^ Ху, Шэнлян; Сан, Цзин; Ду, Сивэнь; Тянь, Фэй; Цзян, Лэй (2008). «Формирование структуры множественного двойникования и фотолюминесценция хорошо диспергированных наноалмазов, полученных с помощью импульсного лазерного облучения». Алмазы и сопутствующие материалы . 17 (2): 142. Bibcode : 2008DRM....17..142H. doi : 10.1016/j.diamond.2007.11.009.
  7. ^ Кумар, Аджай; Энн Лин, Пин; Сюэ, Альберт; Хао, Бойи; Кхин Яп, Йоке; Санкаран, Р. Мохан (2013). «Формирование наноалмазов в условиях, близких к окружающим, посредством микроплазменной диссоциации паров этанола». Nature Communications . 4 : 2618. Bibcode : 2013NatCo...4.2618K. doi : 10.1038/ncomms3618 . PMID  24141249.
  8. ^ Толчинский, Грегори Питер (2015) Патент США 20,150,203,651 «Материал подошвы обуви с высокой износостойкостью и способ его изготовления»
  9. ^ Повышенная теплопроводность полимера. Plasticsnews.com (2014-07-16). Получено 2015-11-25.
  10. ^ "Добавки к металлопокрытиям".plasmachem.de
  11. ^ "Добавки к металлопокрытиям". Карбодеон
  12. ^ Феллман, Меган (2 октября 2008 г.). «Наноалмазное лекарственное устройство может изменить лечение рака». Северо-западный университет . Получено 10 апреля 2015 г.
  13. ^ Chow, Edward K.; Zhang, Xue-Qing; Chen, Mark; Lam, Robert; Robinson, Erik; Huang, Houjin; Schaffer, Daniel; Osawa, Eiji; Goga, Andrei; Ho, Dean (9 марта 2011 г.). "Наноалмазные терапевтические агенты доставки опосредуют улучшенное лечение химиорезистентных опухолей". Science Translational Medicine . 3 (73): 73ra21. doi :10.1126/scitranslmed.3001713. PMID  21389265. S2CID  5550725.
  14. ^ Лауреаты Шнобелевской премии 2012 года. improbable.com

Внешние ссылки