Детонационный наноалмаз - Detonation nanodiamond

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

Детонационный наноалмаз (Не беспокоить), также известный как ультрадисперсный алмаз (UDD), является алмаз что происходит из детонация. Когда кислорододефицитная взрывоопасная смесь TNT /Гексоген детонирует в закрытой камере, частицы алмаза диаметром c. 5 нм формируются на фронте детонационной волны за несколько микросекунд.

Характеристики

Выход алмаза после детонации во многом зависит от условий синтеза и особенно от теплоемкости охлаждающей среды в камере детонации (вода, воздух, CO2, так далее.). Чем выше охлаждающая способность, тем больше выход алмаза, который может достигать 90%. После синтеза алмаз извлекается из сажи с помощью высокотемпературного высокого давления (автоклав ) кипячение в кислоте в течение длительного времени (примерно 1-2 дня). Кипячение удаляет большую часть металлических загрязнений, происходящих из материалов камеры и неалмазного углерода.

Различные измерения, в том числе дифракция рентгеновских лучей[1] и просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения[2] Выявлено, 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.[2]

Наноразмерный алмаз имеет чрезвычайно большую относительную площадь поверхности. В результате его поверхность самопроизвольно связывает 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 алмаз кубический решетки и структурно несовершенные. Основные дефекты: несколько близнецов, как предполагает просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.[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

Нанокристаллы алмаза также могут быть синтезированы 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. HPHT процесс.[4][5]

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

Исследовательская группа из Кейс Вестерн Резервный университет производил 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 областей применения:

  1. Притирка и полировка (например, Суфипол);
  2. Добавки к моторные масла (например, ADDO);
  3. Сухие смазки за металлургическая промышленность (Чертеж W-, Mo-, V-, Rh-проводов);
  4. Армирующие наполнители для пластик и резинка, для изменения механических и термических свойств;[8]
  5. Термонаполнители для пластик и резинка, для создания теплопроводных, но электроизоляционных материалов для электроники[9]) ;
  6. Добавки к гальваника электролит (например, DiamoSilb, DiamoChrom,[10] Карбодеон uDiamond[11])

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.[12][13]

Шнобелевская премия мира 2012 года

В 2012 году компания СКН была удостоена награды Шнобелевская премия мира за превращение старых российских боеприпасов в наноалмазы.[14]

Рекомендации

  1. ^ а б Якубовский, К .; Байдакова, М.В .; Wouters, B.H .; Стесманс, А .; Adriaenssens, G.J .; Вуль, А.Я .; Гробет, П.Дж. (2000). «Структура и дефекты наноалмаза детонационного синтеза». Алмаз и сопутствующие материалы. 9 (3–6): 861. Bibcode:2000DRM ..... 9..861I. Дои:10.1016 / S0925-9635 (99) 00354-4.
  2. ^ а б c d Якубовский, К; Мицуиси, К; Фуруя, К. (2008). «Электронная микроскопия детонационного наноалмаза высокого разрешения». Нанотехнологии. 19 (15): 155705. Bibcode:2008Nanot..19o5705I. Дои: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. Дои: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:2004ДокФ..49..150Г. Дои:10.1134/1.1710678.
  5. ^ Хачатрян, А.Х .; Алоян, С.Г .; May, P.W .; Саргсян, Р .; Хачатрян, В.А .; Багдасарян, В. (2008). «Превращение графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией». Алмаз и сопутствующие материалы. 17 (6): 931. Bibcode:2008DRM .... 17..931К. Дои: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». Алмаз и сопутствующие материалы. 17 (2): 142. Bibcode:2008DRM .... 17..142H. Дои: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:2013НатКо ... 4,26 18 тыс.. Дои:10.1038 / ncomms3618. PMID  24141249.
  8. ^ Толчинский, Григорий Петр (2015) Патент США 20150203651 «Материал подошвы обуви с высокой износостойкостью 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. ^ Феллман, Меган (2 октября 2008 г.). «Наноалмазный препарат может изменить лечение рака». Северо-Западный университет. Получено 10 апреля, 2015.
  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». Научная трансляционная медицина. 3 (73): 73ra21. Дои:10.1126 / scitranslmed.3001713. PMID  21389265.
  14. ^ Лауреаты Шнобелевской премии 2012 года. невероятный.com

внешняя ссылка