Detonační nanodiamant - Detonation nanodiamond

Jednotlivé DND před a po žíhání při 520 ° C
Elektronový mikrofotografie agregovaných DND
Trinitrotoluen (TNT) struktura
Hexogen (RDX) struktura

Detonační nanodiamant (DND), také známý jako ultratispergovaný diamant (UDD), je diamant který pochází z a detonace. Když je výbušná směs s nedostatkem kyslíku TNT /RDX je odpálen v uzavřené komoře, diamantové částice o průměru c. 5 nm se tvoří v přední části detonační vlny v rozpětí několika mikrosekund.

Vlastnosti

Výtěžek diamantu po detonaci rozhodujícím způsobem závisí na podmínkách syntézy a zejména na tepelné kapacitě chladicího média v detonační komoře (voda, vzduch, CO2, atd.). Čím vyšší je chladicí kapacita, tím větší je výtěžek diamantu, který může dosáhnout 90%. Po syntéze se diamant ze sazí extrahuje pomocí vysokoteplotního vysokého tlaku (autoklávu ) vroucí v kyselině po dlouhou dobu (asi 1–2 dny). Varem se odstraní většina kovové kontaminace pocházející z materiálů komory a ne-diamantového uhlíku.

Různá měření, včetně Rentgenová difrakce[1] a transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením[2] odhalilo, že velikost diamantových zrn v sazích je distribuována kolem 5 nm. Zrna jsou z hlediska agregace nestabilní a spontánně tvoří shluky o velikosti mikrometrů (viz obrázek výše). Adheze je silná a kontakty mezi několika nano zrny mohou držet klastr o velikosti mikrometrů připojený k substrátu.[2]

Nanosized diamant má extrémně velkou relativní povrchovou plochu. Výsledkem je, že jeho povrch spontánně váže molekuly vody a uhlovodíků z okolní atmosféry.[3] Čistého nanodiamantového povrchu však lze dosáhnout vhodnou manipulací.[2]

Detonační nanodiamantová zrna většinou mají diamant krychlový mřížky a jsou strukturálně nedokonalé. Hlavní závady jsou několik dvojčat, jak naznačuje transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením.[2] Přestože je zdroj uhlíku pro syntézu diamantů - výbušná směs TNT / RDX - bohatý na dusík, je koncentrace paramagnetického dusíku uvnitř diamantových zrn pod jednou částí na milion (ppm).[1] Paramagnetický dusík (neutrální atomy dusíku nahrazující uhlík v diamantové mřížce) je hlavní formou dusíku v diamantu, a proto je obsah dusíku v DND ​​pravděpodobně velmi nízký.

Alternativní metody syntézy

Diamantové nanokrystaly lze také syntetizovat ze suspenze grafitu v organické kapalině při atmosférickém tlaku a teplotě místnosti pomocí ultrazvukové kavitace. Výtěžek je přibližně 10%. Odhaduje se, že cena nanodiamantů vyrobených touto metodou je konkurenceschopná s HPHT proces.[4][5]

Alternativní technikou syntézy je ozáření grafitu vysokoenergetickými laserovými pulsy. Struktura a velikost částic získaného diamantu jsou velmi podobné těm, které byly získány při výbuchu. Zejména mnoho částic vykazuje vícenásobné twinningy.[6]

Výzkumná skupina z Case Western Reserve University produkoval nanodiamanty o velikosti 2–5 nm za podmínek blízkých okolnímu prostředí pomocí procesu mikroplazmy.[7]Nanodiamanty jsou vytvořeny přímo z plynu a na růst nevyžadují žádný povrch.

Aplikace

Komerční produkty na bázi nanodiamantů jsou k dispozici pro následující aplikace:

  1. Lapování a leštění (např. Sufipol);
  2. Přísady na motorové oleje (např. ADDO);
  3. Suchá maziva pro kovoprůmysl (Výkres vodičů W, Mo, V, Rh);
  4. Vyztužující plniva pro plastický a guma, upravit mechanické a tepelné vlastnosti;[8]
  5. Tepelná plniva pro plastický a guma, k vytvoření tepelně vodivých, ale elektricky izolačních materiálů pro elektroniku[9]) ;
  6. Přísady do galvanické pokovování elektrolyt (např. DiamoSilb, DiamoChrom,[10] Carbodeon uDiamond[11])

Použití v medicíně

Nanomateriály mohou dopravovat chemoterapeutické léky do buněk, aniž by vytvářely negativní účinky dnešních dodávacích látek. Klastry nanodiamantů obklopují léky a zajišťují, že zůstanou odděleny od zdravých buněk, čímž zabrání zbytečnému poškození; po dosažení zamýšlených cílů se léky uvolňují do rakovinných buněk. Zbylé diamanty, z nichž stovky tisíc se vešly do oka jehly, neindukují v buňkách zánět, jakmile dokončí svou práci.[12][13]

Ig Nobelova cena za mír za rok 2012

V roce 2012 byla SKN Company oceněna Ig Nobelova cena za mír za přeměnu staré ruské munice na nanodiamant.[14]

Reference

  1. ^ A b Iakoubovskii, K .; Baidakova, M.V .; Wouters, B.H .; Stesmans, A .; Adriaenssens, G.J .; Vul ', A.Ya .; Grobet, P.J. (2000). "Struktura a vady detonační syntézy nanodiamant". Diamant a související materiály. 9 (3–6): 861. Bibcode:2000DRM ..... 9..861I. doi:10.1016 / S0925-9635 (99) 00354-4.
  2. ^ A b C d Iakoubovskii, K; Mitsuishi, K; Furuya, K (2008). „Elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením detonačního nanodiamantu“. Nanotechnologie. 19 (15): 155705. Bibcode:2008Nanot..19o5705I. doi:10.1088/0957-4484/19/15/155705. PMID  21825629.
  3. ^ Ji, Shengfu; Jiang, Tianlai; Xu, Kang; Li, Shuben (1998). "FTIR studie adsorpce vody na povrchu ultra dispergovaného diamantového prášku". Aplikovaná věda o povrchu. 133 (4): 231. Bibcode:1998ApSS..133..231J. doi:10.1016 / S0169-4332 (98) 00209-8.
  4. ^ Galimov, É. M .; Kudin, A. M .; Skorobogatskii, V. N .; Plotnichenko, V. G .; Bondarev, O. L .; Zarubin, B. G .; Strazdovskii, V. V .; Aronin, A. S .; Fisenko, A. V .; Bykov, I. V .; Barinov, A. Yu. (2004). "Experimentální potvrzení syntézy diamantu v kavitačním procesu". Doklady Physics. 49 (3): 150. Bibcode:2004DokPh..49..150G. doi:10.1134/1.1710678.
  5. ^ Khachatryan, A.Kh .; Aloyan, S.G .; May, P.W .; Sargsyan, R .; Khachatryan, V.A .; Baghdasaryan, V.S. (2008). "Transformace grafitu na diamant indukovaná ultrazvukovou kavitací". Diamant a související materiály. 17 (6): 931. Bibcode:2008DRM .... 17..931K. doi:10.1016 / j.diamond.2008.01.112.
  6. ^ Hu, Shengliang; Sun, Jing; Du, Xiwen; Tian, ​​Fei; Jiang, Lei (2008). „Tvorba vícenásobné twinningové struktury a fotoluminiscence dobře rozptýlených nanodiamantů produkovaných pulsním laserovým ozařováním“. Diamant a související materiály. 17 (2): 142. Bibcode:2008DRM .... 17..142H. doi:10.1016 / j.diamond.2007.11.009.
  7. ^ Kumar, Ajay; Ann Lin, Pin; Xue, Albert; Hao, Boyi; Khin Yap, Yoke; Sankaran, R. Mohan (2013). „Tvorba nanodiamantů v podmínkách blízkých okolnímu prostředí pomocí mikroplazmatické disociace par ethanolu“. Příroda komunikace. 4: 2618. Bibcode:2013NatCo ... 4,2618K. doi:10.1038 / ncomms3618. PMID  24141249.
  8. ^ Tolchinsky, Gregory Peter (2015) Americký patent 20 150 203 651 „Materiál podešve s vysokou odolností proti opotřebení a způsob jeho výroby“
  9. ^ Zvýšená tepelná vodivost polymeru. Plasticsnews.com (2014-07-16). Citováno 2015-11-25.
  10. ^ „Přísady do pokovování“. plasmachem.de
  11. ^ „Přísady do pokovování“. Carbodeon
  12. ^ Fellman, Megan (2. října 2008). „Nanodiamantové lékové zařízení může transformovat léčbu rakoviny“. Northwestern University. Citováno 10. dubna 2015.
  13. ^ Chow, Edward K .; Zhang, Xue-Qing; Chen, Mark; Lam, Robert; Robinson, Erik; Huang, Houjin; Schaffer, Daniel; Osawa, Eiji; Goga, Andrei; Ho, Dean (9. března 2011). „Nanodiamantové terapeutické dodávací prostředky zprostředkovávají vylepšenou chemorezistentní léčbu nádorů“. Science Translational Medicine. 3 (73): 73ra21. doi:10.1126 / scitranslmed.3001713. PMID  21389265.
  14. ^ Vítězové Ig Nobelovy ceny za rok 2012. improbable.com

externí odkazy