Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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.

Свойства [ править ]

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 [1] и просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения [2], показали, что размер алмазных зерен в саже составляет около 5 нм. Зерна нестабильны по отношению к 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 самопроизвольно присоединяет молекулы воды и углеводородов из окружающей атмосферы. [3] Однако чистая поверхность наноалмаза может быть получена при соответствующем обращении. [2]

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 . [2] 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). [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 [ править ]

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 . [4] [5]

Альтернативный метод синтеза - облучение графита импульсами высокоэнергетического лазера. Структура и размер частиц полученного алмаза очень похожи на полученные при взрыве. В частности, у многих частиц наблюдается множественное двойникование. [6]

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

Приложения [ править ]

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; [8]
  5. Термонаполнители для пластмасс и резины , для создания теплопроводных, но электроизоляционных материалов для электроники [9] );
  6. Добавки к электролиту для гальваники (например, DiamoSilb, DiamoChrom, [10] Carbodeon uDiamond [11] )

Использование в медицине [ править ]

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. [12] [13]

Шнобелевская премия мира 2012 г. [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Якубовский, К .; Байдакова М.В.; Wouters, BH; Стесманс, А .; Adriaenssens, GJ; Вуль, А.Я .; Гробет, П.Дж. (2000). «Структура и дефекты наноалмаза детонационного синтеза» . Алмазы и сопутствующие материалы . 9 (3–6): 861. Bibcode : 2000DRM ..... 9..861I . DOI : 10.1016 / S0925-9635 (99) 00354-4 .
  2. ^ а б в г Якубовский, К; Мицуиси, К; Фуруя, К. (2008). «Электронная микроскопия детонационного наноалмаза высокого разрешения» . Нанотехнологии . 19 (15): 155705. Bibcode : 2008Nanot..19o5705I . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 19/15/155705 . PMID 21825629 . 
  3. ^ Цзи, Шэнфу; Цзян, Тяньлай; Сюй, Кан; Ли, Шубэн (1998). «FTIR-исследование адсорбции воды на поверхности ультрадисперсного алмазного порошка». Прикладная наука о поверхности . 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 И.В. Баринов, А.Ю. (2004). «Экспериментальное подтверждение синтеза алмаза в процессе кавитации». Доклады Физики . 49 (3): 150. Bibcode : 2004DokPh..49..150G . DOI : 10.1134 / 1.1710678 .
  5. ^ Хачатрян, А.Х .; Алоян С.Г .; Май, PW; Саргсян, Р .; Хачатрян, В.А.; Багдасарян, ВС (2008). «Превращение графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией». Алмазы и сопутствующие материалы . 17 (6): 931. Bibcode : 2008DRM .... 17..931K . DOI : 10.1016 / j.diamond.2008.01.112 .
  6. ^ Ху, Шэнлян; Солнце, Цзин; Ду, Сивэнь; Тиан, Фэй; Цзян, Лэй (2008). «Формирование множественной двойниковой структуры и фотолюминесценции высокодисперсных наноалмазов при воздействии импульсного лазерного излучения». 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, иго; Шанкаран, Р. Мохан (2013). «Формирование наноалмазов в условиях, близких к окружающей среде, путем микроплазменной диссоциации паров этанола» . Nature Communications . 4 : 2618. Bibcode : 2013NatCo ... 4.2618K . DOI : 10.1038 / ncomms3618 . PMID 24141249 . 
  8. ^ Толчинский, Грегори Питер (2015) на патент США 20150203651 «Высокая износостойкость обувь единственный материал и способ его изготовления»
  9. ^ Повышенная теплопроводность полимера . Plasticsnews.com (16.07.2014). Проверено 25 ноября 2015.
  10. ^ «Добавки к металлизации» . plasmachem.de
  11. ^ «Добавки к металлизации» . Карбодеон
  12. ^ Fellman, Меган (2 октября 2008). «Наноалмазный препарат может изменить лечение рака» . Северо-Западный университет . Проверено 10 апреля 2015 года .
  13. ^ Чоу, Эдвард К .; Чжан, Сюэ-Цин; Чен, Марк; Лам, Роберт; Робинсон, Эрик; Хуанг, Худжин; Шаффер, Дэниел; Осава, Эйдзи; Гога, Андрей; Хо, Дин (9 марта 2011 г.). «Терапевтические средства доставки наноалмазов опосредуют усиленное химиорезистентное лечение опухолей». Трансляционная медицина науки . 3 (73): 73ra21. DOI : 10.1126 / scitranslmed.3001713 . PMID 21389265 . 
  14. ^ Лауреаты Шнобелевской премии 2012 года . невероятный.com

Внешние ссылки [ править ]

  • http://pubs.acs.org/cgi-bin/sample.cgi/jpcbfk/asap/pdf/jp066387v.pdf
  • http://www.udayton.edu/News/Article/?contentId=2234
  • http://research.ncl.ac.uk/nanoscale/research/nanodiamond.html Исследование наноалмазов в Университете Ньюкасла
  • http://www.ioffe.rssi.ru/nanodiamond/ Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
  • http://www.cnn.com/2007/TECH/science/10/19/nanodiamonds.drugs/index.html
  • http://www.carbodeon.com
  • http://www.plasmachem.de/overview-powders.html#diamond