Nanogyémánt , ultrafinom gyémánt - szén nanoszerkezet . Gyémánt típusú kristályrácsa van : a köbös szingónia planaxiális osztálya , két lapközéppontú Bravais-rács , amelyek a főátló 1/4-ével vannak eltolva egymáshoz képest. Egy nanokristály jellemző mérete 1÷10 nanométer . A nanogyémántok vagy az ultradiszperz gyémántok egy specifikus nanokarbon anyagnak tekinthetők, amely a fullerének , nanocsövek , nanografit, a szén "hagyma" formájával együtt a nanokarbon klaszterek családjába tartozik . A gyémántrészecskék eltérő fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek különböznek a szén többi formájától. A nanogyémántok tulajdonságai alapvetően az előállítási módszertől függenek.
A gyémánt nanorészecskék előállításának többféle módja van. Közülük a következők a leggyakoribbak:
A Szovjetunióban E. I. Zababakhin irányítása alatt 1962-ben a VNIITF tudósai, K. V. Volkov, V. V. Danilenko és V. I. Elina gyémántokat szintetizáltak grafit és korom lökésnyomásával gömb- és hengeres tárolóampullákban, és növelték a gyémánt63 hozamát . grafit és hűtőközeg fém keverékének préselését alkalmazták. 1962-ben Danilenko azt javasolta, hogy az ampullaszintézist cseréljék fel ampulla nélküli szintézissel, robbantási kamrában. Ebben az esetben a grafitot közvetlenül a TNT/RDX TG40 ötvözet hengeres töltetébe helyezték, és a grafitosodás visszaszorítása és a keletkező gyémánt kiürülési sebességének csökkentése érdekében a töltetet vízhéjjal vették körül. Ez nagymértékben növelte a gyémánthozamot. 1963 júliusában kontrollkísérletet végeztek grafit nélküli töltéssel, amely megerősítette a gyémánt szintézisére vonatkozó feltételezést a detonációs termékek szénéből (PD). A szén fázisdiagramja és a Jouguet-pont P,t értékei alapján egy robbanóanyag detonációs bomlása során kimutatták, hogy a szabad szénnek gyémánt formájában kell kondenzálódnia. Ebben az esetben a robbanóanyagnak negatív oxigénmérleggel kell rendelkeznie. A detonációs termékek atomos szénének kondenzációjának fő előnye a grafit szintéziséhez képest az, hogy ebben a folyamatban nincs szükség energiára és időre a grafit kezdeti kristályrácsának megsemmisítésére vagy átrendezésére. A probléma ebben az esetben az ultrafinom gyémánt (UDD) oxidációból és grafitosításból való megőrzése. 1963-1965-ben megmutatkozott az FP hűtés döntő jelentősége az FP potenciális energiának a töltést körülvevő héj kinetikus energiájává történő átalakítása miatt. A hosszúkás henger formájában kialakított PG 40 töltet a töltés tömegének 8-12%-át adta, a töltetben az UDD-tartalom legfeljebb 75%. Az USA-ban az első jelentés az UDD szintéziséről csak 1988-ban jelent meg. Koromtartalmuk a szerzők szerint 25% volt. Így Oroszország elsőbbséget élvez a detonációs nanogyémántok szintézisében. Az 1960-as évek legelején sikeres kísérleti munkák sora ellenére azonban a további kutatások gyakorlatilag felfüggesztésre kerültek, mivel ekkoriban intenzíven fejlődtek a katalitikusan szintetizált gyémántok kutatása és gyártása, valamint új módszerek bevezetése az UDD szintézisére. akadályba ütközött egy felkészületlen iparág részéről. 1982-ben a Szovjetunió több tudományos központjában egyszerre indult el a nanogyémántok szintézise, azonban a gyártási kapacitások jelentősen meghaladták a nanogyémántok iránti keresletet. 1993-ban számos gyártást megnyirbáltak, és 2003-ig nem folytatták. A mai napig megőrizték a DND-gyártó létesítményeket Szentpéterváron, Sznezhinszkben, Fehéroroszországban és Ukrajnában. A közelmúltban a kutatók világszerte érdeklődést mutattak a DND iránt.
A DND-t a detonációs hullámfronton nagy erejű robbanóanyagok (TNT és RDX keveréke) robbanása során végrehajtott kémiai átalakulások útján nyerik. Számos robbanóanyag felrobbantása során keletkező gázok jelentős mennyiségű szabad szenet tartalmaznak, amelyből a robbanás során elért magas hőmérséklet és nyomás mellett a szén gyémánt fázisa képződik. A nanogyémánt a szén legstabilabb termodinamikai formája. A DND képződésének a mai napig nincs egységes elmélete, a DND képződés termodinamikájával kapcsolatos elképzelések szerint a negatív oxigénegyensúlyú robbanószén adiabatikus bomlásának folyamatában a gyémántképződés lehetőségét biztosító fő szempont az a tény hogy a szabad szén lecsapódik a gyémánt vagy a folyékony fázisban. A detonációs termékek adiabatikus expanziója a detonációt követi. Ugyanakkor a gyémánt stabilitásának feltételeit nem tartják fenn sokáig. Ha a detonációs termékek sűrűsége közel van a robbanóanyag kezdeti sűrűségéhez, akkor a gyémánt stabilitásának feltételeit a grafit stabilitásának feltételei váltják fel. Az adiabatikus tágulás során a detonációs termékek nyomása gyorsabban esik le, mint a hőmérséklet, ezért a szénkomponens termodinamikai állapota magas hőmérsékleten a grafitstabilitás tartományába esik, ami hozzájárul a gyémánt grafittá történő fázisátalakulásához. De egy bizonyos hőmérsékleten a grafitizációs sebesség csökken, és ezért a detonációs termékek expanziójának ezen (utolsó) szakaszaiban a gyémánt fázisból a grafitfázisba átvitt szén mennyisége elhanyagolhatóvá válik - ez a "fagyás" grafitozás és a gyémántfázis megőrzése. Így a gyémánt-grafit átmenet akkor következik be, amikor a grafitizálás fagyási hőmérsékletét túllépjük. Ha T>>Tzam, akkor az egész gyémántnak van ideje grafittá alakulni, és az UDD nem észlelhető a lehűlt detonációs termékekben. Így a hőmérséklet kritikus, és ebben a folyamatban nagymértékben meghatározza a töltéskonfiguráció (a közeg hővezető képessége). Az UDD detonációs hullámban történő kialakulásának és megőrzésének optimális feltételei a detonációs termékek alacsony hőmérsékletén kialakuló viszonylag magas nyomás, amely megfelel a Chapman-Jouguet pontnak. Így a nanogyémántok detonációs szintézisének 3 szakasza van:
1. Szabad szén képződése robbanóanyag detonációs átalakulása következtében.
2. A detonációs termékek gyors expanziója és a gyémántrészecskék lehűlése a grafitozási hőmérséklet alá.
3. Intenzív hő- és tömegátadás a detonációs termékek és a töltetet körülvevő környezet között.
Az 1990-es évek vége óta az ND-t kenőanyag-szorbensek, polírozó kompozíciók összetevőjeként, valamint elektrolitikus és egyéb csapadékfürdők adalékaként használják. Eddig ennek a nanoanyagnak számos lehetséges alkalmazása, beleértve az orvosbiológiai területeket és a szerkezeti kompozitokat, kihasználatlan maradt.
A gyémántok detonációs szintézise viszonylag olcsó és időigényes módszer a mesterséges gyémántok előállítására. A mesterséges gyémántok családjában azonban jelenleg a detonációs nanogyémántok foglalják el a legkevésbé előnyös pozíciót. Ez számos tényezőnek köszönhető: a detonációs szintézisből származó gyémántok tisztításának munkaigényes technológiája, amelyet mind a detonációs termékek alacsony százalékos gyémánt-széntartalma, mind a detonációs kamrából származó további szennyezés okoz; nagyfokú polidiszperzitásuk a detonációs folyamat spontaneitásának következménye. De a DND széles körű elterjedésének fő, nyilvánvalóan akadálya az, hogy a kapott termék tételekben nem reprodukálható, különböző méretekben, eltérő elemi és funkcionális összetételben; a különböző gyártók közötti egységes paraméter-szabvány hiánya, és ennek eredményeként a detonációs szintézis nanogyémánt pontos meghatározása. Ezért a DND kutatásával, módosításával és új alkalmazási területeinek megtalálásával kapcsolatos minden munka releváns, mivel módot nyit a termék használatára. Ez magyarázza a kutatók világszerte a 2000-es években megnövekedett érdeklődését a nanogyémántok iránt általában, és különösen a detonációs nanogyémántok iránt, mint a teljes gyémántcsalád legelérhetőbbjei iránt.
Jelenleg a „nanogyémánt” kifejezést általában több objektumra alkalmazzák: a meteoritokban található nanogyémánt kristályokra, polikristályos gyémántfilmek kristályos szemcséire, és végül a detonációs szintézissel nyert nanogyémánt porokra és szuszpenziókra.
Az UDD kívánt tulajdonságokkal nyerhető, és sikeresen alkalmazható szorbensként, katalizátorként és gyógyszerként.
A kutatóközpont tudósai. Ames a NASA-nál úgy véli, hogy a Spitzer infravörös űrteleszkóp képes lesz gyémántokat észlelni az űrben. A kutatók számítógépes modellek segítségével stratégiát tudtak kidolgozni a körülbelül nanométer hosszú gyémántok kimutatására. A csillagászok azt remélik, hogy ezek az apró részecskék segítenek sokat tanulni arról, hogyan fejlődtek ki az űrben a szénben gazdag molekulák, a földi élet fő alkotóelemei. Lásd még Art. A gyémántrészecskék lehetséges létezésének feltételezését a csillagközi közegben először VV Sobolev (Bányászati Intézet, Dnyipropetrovszk) fogalmazta meg 1985-ben a III. A jelentés teljes változatát 1987-ben a "Physics of Combustion and Explosion" (1. szám), 1993-ban a "Geochemistry" folyóiratban (9. szám) tették közzé. A cikk egy lehetséges forgatókönyvet vizsgált a gyémánt atomi szénből történő keletkezésére. A protoplanetáris por- és gázfelhőben az SS-bolygók kialakulása során „építőanyagként” gyémántrészecskéket is találtak, amelyek mérete több egységtől több tíz nanométerig terjedt. A földkéregben szétszórt nanogyémántok ideális szubsztrátumok voltak az egykristályok (elsődleges lerakódásokból származó gyémántok) növekedéséhez. Feltételezést tettek a "molygolyós" relikvia nanogyémántok legvalószínűbb forrásairól.
A Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem szerint a nanogyémántok felhasználhatók a fogászatban a fertőtlenített gyökércsatornák védelmére ideg- és pulpaeltávolítás után, ezáltal jelentősen megnő a teljes gyógyulás esélye. Azt is meg kell jegyezni, hogy a nanogyémántok és a guttapercha kombinációja fokozhatja az utóbbi védő tulajdonságait.