Детонационный наноалмаз - Detonation nanodiamond

Отдельные ДНА до и после отжига при 520 ° C
Электронная микрофотография агрегированных ДНА
Структура тринитротолуола (TNT)
Гексоген (RDX) структура

Детонационный наноалмаз ( ДНА ), также известный как ультрадисперсный алмаз ( УДА ), представляет собой алмаз, который возникает в результате детонации . При взрыве в закрытой камере взрывоопасной смеси TNT / RDX с дефицитом кислорода частицы алмаза диаметром c. 5 нм образуются на фронте детонационной волны за несколько микросекунд.

Характеристики

Выход алмаза после детонации в решающей степени зависит от условий синтеза и особенно от теплоемкости охлаждающей среды в камере детонации (вода, воздух, CO 2 и т. Д.). Чем выше охлаждающая способность, тем больше выход алмаза, который может достигать 90%. После синтеза алмаз извлекается из сажи с помощью высокотемпературного кипячения под высоким давлением ( автоклав ) в кислоте в течение длительного периода (примерно 1-2 дня). Кипячение удаляет большую часть металлических загрязнений, происходящих из материалов камеры и неалмазного углерода.

Различные измерения, включая дифракцию рентгеновских лучей и просвечивающую электронную микроскопию с высоким разрешением, показали, что размер алмазных зерен в саже составляет около 5 нм. Зерна нестабильны по отношению к агрегации и спонтанно образуют кластеры микрометровых размеров (см. Рисунок выше). Адгезия сильная, и контакты между несколькими нанозернами могут удерживать кластер микрометрового размера, прикрепленный к подложке.

Наноразмерный алмаз имеет чрезвычайно большую относительную площадь поверхности. В результате его поверхность самопроизвольно присоединяет молекулы воды и углеводородов из окружающей атмосферы. Однако чистая поверхность наноалмаза может быть получена при соответствующем обращении.

Зерна детонационного наноалмаза в основном имеют кубическую решетку алмаза и структурно несовершенны. Как показывает просвечивающая электронная микроскопия с высоким разрешением, основными дефектами являются множественные двойники . Несмотря на то, что источник углерода для синтеза алмаза - взрывчатая смесь TNT / RDX - богат азотом, концентрация парамагнитного азота внутри алмазных зерен ниже одной части на миллион (ppm). 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

Нанокристаллы алмаза также можно синтезировать из суспензии графита в органической жидкости при атмосферном давлении и комнатной температуре с использованием ультразвуковой кавитации. Доходность примерно 10%. Стоимость наноалмазов, полученных этим методом, оценивается как конкурентоспособная по сравнению с процессом HPHT .

Альтернативный метод синтеза - облучение графита импульсами высокоэнергетического лазера. Структура и размер частиц полученного алмаза очень похожи на полученные при взрыве. В частности, многие частицы обладают множественным двойникованием.

Исследовательская группа из Университета Кейс Вестерн Резерв произвела наноалмазы размером 2–5 нм в условиях, близких к температуре окружающей среды, с помощью процесса микроплазмы. Наноалмазы образуются непосредственно из газа и не требуют поверхности для роста.

Приложения

Коммерческие продукты на основе наноалмазов доступны для следующих областей применения:

  1. Притирка и полировка (например, Суфипол);
  2. Присадки к моторным маслам (например, ADDO);
  3. Сухие смазки для металлургической промышленности (нанесение W-, Mo-, V-, Rh-проволоки);
  4. Армирующие наполнители для пластмасс и резины для изменения механических и термических свойств;
  5. Термонаполнители для пластмасс и резины для создания теплопроводных, но электроизоляционных материалов для электроники);
  6. Добавки к электролиту для гальваники (например, DiamoSilb, DiamoChrom, Carbodeon uDiamond)

Использование в медицине

Наноматериалы могут доставлять химиотерапевтические препараты к клеткам, не оказывая негативного воздействия на сегодняшние средства доставки. Кластеры наноалмазов окружают лекарства, гарантируя, что они остаются отделенными от здоровых клеток, предотвращая ненужные повреждения; по достижении намеченных целей лекарства попадают в раковые клетки. Оставшиеся алмазы, сотни тысяч которых могут поместиться в игольное ушко, не вызывают воспаления в клетках после того, как они сделали свою работу.

Шнобелевская премия мира 2012 года

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

Рекомендации

внешняя ссылка