Детонационный наноалмаз

Электронная микрофотография агрегированных ДНА.

Детонационный наноалмаз ( ДНА ), также известный как ультрадисперсный алмаз ( УДД ), представляет собой алмаз , возникающий в результате детонации . При детонации в закрытой камере обеднённой кислородом взрывчатой смеси тротила / гексогена образуются частицы алмаза диаметром ок. 5 нм формируются на фронте детонационной волны за несколько микросекунд.

Характеристики

Выход алмаза после детонации решающим образом зависит от условий синтеза и особенно от теплоемкости охлаждающей среды в детонационной камере (вода, воздух, CO ₂ и др.). Чем выше охлаждающая способность, тем больше выход алмазов, который может достигать 90%. После синтеза алмаз извлекают из сажи с помощью высокотемпературного ( автоклавного ) кипячения в кислоте в течение длительного периода ( ок. 1–2 суток ). Кипячение удаляет большую часть металлических загрязнений, происходящих из материалов камеры, и неалмазного углерода.

Различные измерения, включая дифракцию рентгеновских лучей. ^{[ 1 ]} и просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения , ^{[ 2 ]} выявило, что размер алмазных зерен в саже распределяется около 5 нм. Зерна неустойчивы к агрегации и самопроизвольно 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 прикрепляет молекулы воды и углеводородов из окружающей атмосферы. ^{[ 3 ]} Однако чистая поверхность наноалмазов может быть получена при соответствующем обращении. ^{[ 2 ]}

Зерна детонационных наноалмазов в большинстве своем имеют кубическую решетку алмаза и структурно несовершенны. Основными дефектами являются множественные двойники , как показали данные просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. ^{[ 2 ]} Несмотря на то, что источник углерода для синтеза алмаза — взрывчатая смесь тротила и гексогена — богат азотом, концентрация парамагнитного азота внутри алмазных зерен составляет менее одной части на миллион (ppm). ^{[ 1 ]} Парамагнитный азот (нейтральные атомы азота, заменяющие углерод в решетке алмаза) является основной формой азота в алмазе, 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 составляет примерно 10%. Стоимость наноалмазов, полученных этим методом, оценивается как конкурентоспособная по сравнению с процессом HPHT . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Альтернативный метод синтеза — облучение графита высокоэнергетическими лазерными импульсами. Структура и размер частиц полученного алмаза весьма аналогичны полученному при взрыве. В частности, многие частицы обладают множественным двойникованием. ^{[ 6 ]}

Исследовательская группа из Университета Кейс Вестерн Резерв произвела наноалмазы размером 2–5 нм в условиях, близких к окружающей среде, 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 применений:

Притирка и полировка (например, Суфипол);
Присадки к моторным маслам (например, ADDO);
Сухие смазки для металлургической промышленности (Протяжка W-, Mo-, V-, Rh-проволок);
Армирующие наполнители для пластмасс и резины , для изменения механических и термических свойств; ^{[ 8 ]}
Термические наполнители для пластика и резины для создания теплопроводящих, но электроизоляционных материалов для электроники. ^{[ 9 ]}) ;
Добавки к гальваническому электролиту (например, DiamoSilb, DiamoChrom, ^{[ 10 ]} Карбодеон uDiamond ^{[ 11 ]})
Очищенные алмазы добавляются в керамические покрытия для красок (например, C6 Ceramics); ^{[ нужна ссылка ]}

Использование в медицине

Наноматериалы могут доставлять химиотерапевтические препараты в клетки, не вызывая негативных эффектов современных средств доставки. Кластеры наноалмазов окружают лекарства, гарантируя, что они остаются отделенными от здоровых клеток, предотвращая ненужное повреждение; при достижении намеченных целей лекарства высвобождаются в раковые клетки. Оставшиеся алмазы, сотни тысяч которых могли бы поместиться в игольное ушко, не вызывают воспаления в клетках после того, как выполнили свою работу. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Шнобелевская премия мира 2012 г.

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

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Якубовский, К.; Байдакова, М.В.; Воутерс, Б.Х.; Стесманс, А.; Адриансенс, Дж.Дж.; Вуль, А.Я.; Гробет, П.Дж. (2000). «Структура и дефекты наноалмазов детонационного синтеза» . Алмаз и родственные материалы . 9 (3–6): 861. Бибкод : 2000DRM.....9..861I . дои : 10.1016/S0925-9635(99)00354-4 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Якубовский, К; Мицуиси, К; Фуруя, К. (2008). «Электронная микроскопия высокого разрешения детонационного наноалмаза» . Нанотехнологии . 19 (15): 155705. Бибкод : 2008Nanot..19o5705I . дои : 10.1088/0957-4484/19/15/155705 . ПМИД 21825629 . S2CID 28615231 .
^ Цзи, Шэнфу; Цзян, Тяньлай; Сюй, Кан; Ли, Шубен (1998). «Фурье-ИК-исследование адсорбции воды на поверхности ультрадисперсного алмазного порошка». Прикладная наука о поверхности . 133 (4): 231. Бибкод : 1998ApSS..133..231J . дои : 10.1016/S0169-4332(98)00209-8 .
^ 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). "Experimental Corroboration of the Synthesis of Diamond in the Cavitation Process". Doklady Physics . 49 (3): 150. Bibcode : 2004DokPh..49..150G . doi : 10.1134/1.1710678 . S2CID 120882885 .
^ Хачатрян А.Х.; Алоян, С.Г.; Мэй, П.В.; Саргсян Р.; Хачатрян, В.А.; Багдасарян, В.С. (2008). «Превращение графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией». Алмаз и родственные материалы . 17 (6): 931. Бибкод : 2008DRM....17..931К . дои : 10.1016/j.diamond.2008.01.112 .
^ Ху, Шэнлян; Сунь, Цзин; Ду, Сивэнь; Тиан, Фэй; Цзян, Лэй (2008). «Формирование кратно-двойниковой структуры и фотолюминесценции хорошо дисперсных наноалмазов, полученных импульсным лазерным облучением». Алмаз и родственные материалы . 17 (2): 142. Бибкод : 2008DRM....17..142H . дои : 10.1016/j.diamond.2007.11.009 .
^ Кумар, Аджай; Энн Лин, Пин; Сюэ, Альберт; Хао, Бойи; Кхин Яп, Иго; Шанкаран, Р. Мохан (2013). «Образование наноалмазов в условиях, близких к окружающей среде, путем микроплазменной диссоциации паров этанола» . Природные коммуникации . 4 : 2618. Бибкод : 2013NatCo...4.2618K . дои : 10.1038/ncomms3618 . ПМИД 24141249 .
^ Толчинский, Грегори Питер (2015) Патент США 20 150 203 651 «Материал подошвы обуви с высокой износостойкостью и способ его изготовления»
^ Повышенная теплопроводность полимера . Plasticsnews.com (16 июля 2014 г.). Проверено 25 ноября 2015 г.
^ «Добавки к металлизации» . Plasmachem.de
^ «Добавки к металлизации» . Карбодеон
^ Феллман, Меган (2 октября 2008 г.). «Наноалмазное лекарственное средство может изменить лечение рака» . Северо-Западный университет . Проверено 10 апреля 2015 г.
^ Чоу, Эдвард К.; Чжан, Сюэ-Цин; Чен, Марк; Лам, Роберт; Робинсон, Эрик; Хуан, Ходжин; Шаффер, Дэниел; Осава, Эйдзи; Гога, Андрей; Хо, Дин (9 марта 2011 г.). «Терапевтические средства доставки наноалмазов способствуют усиленному лечению химиорезистентных опухолей». Наука трансляционной медицины . 3 (73): 73ра21. doi : 10.1126/scitranslmed.3001713 . ПМИД 21389265 . S2CID 5550725 .
^ Лауреаты Шнобелевской премии 2012 года . imrobable.com

Внешние ссылки

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 Исследования наноалмазов в Университете Ньюкасла
http://www.ioffe.rssi.ru/nanodiamond/ Физико-технический институт им. 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

[DRM-1] Jump up to: ^а ^б Якубовский, К.; Байдакова, М.В.; Воутерс, Б.Х.; Стесманс, А.; Адриансенс, Дж.Дж.; Вуль, А.Я.; Гробет, П.Дж. (2000). «Структура и дефекты наноалмазов детонационного синтеза» . Алмаз и родственные материалы . 9 (3–6): 861. Бибкод : 2000DRM.....9..861I . дои : 10.1016/S0925-9635(99)00354-4 .

[nant-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Якубовский, К; Мицуиси, К; Фуруя, К. (2008). «Электронная микроскопия высокого разрешения детонационного наноалмаза» . Нанотехнологии . 19 (15): 155705. Бибкод : 2008Nanot..19o5705I . дои : 10.1088/0957-4484/19/15/155705 . ПМИД 21825629 . S2CID 28615231 .

[3] Цзи, Шэнфу; Цзян, Тяньлай; Сюй, Кан; Ли, Шубен (1998). «Фурье-ИК-исследование адсорбции воды на поверхности ультрадисперсного алмазного порошка». Прикладная наука о поверхности . 133 (4): 231. Бибкод : 1998ApSS..133..231J . дои : 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). "Experimental Corroboration of the Synthesis of Diamond in the Cavitation Process". Doklady Physics . 49 (3): 150. Bibcode : 2004DokPh..49..150G . doi : 10.1134/1.1710678 . S2CID 120882885 .

[5] Хачатрян А.Х.; Алоян, С.Г.; Мэй, П.В.; Саргсян Р.; Хачатрян, В.А.; Багдасарян, В.С. (2008). «Превращение графита в алмаз, вызванное ультразвуковой кавитацией». Алмаз и родственные материалы . 17 (6): 931. Бибкод : 2008DRM....17..931К . дои : 10.1016/j.diamond.2008.01.112 .

[6] Ху, Шэнлян; Сунь, Цзин; Ду, Сивэнь; Тиан, Фэй; Цзян, Лэй (2008). «Формирование кратно-двойниковой структуры и фотолюминесценции хорошо дисперсных наноалмазов, полученных импульсным лазерным облучением». Алмаз и родственные материалы . 17 (2): 142. Бибкод : 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). «Образование наноалмазов в условиях, близких к окружающей среде, путем микроплазменной диссоциации паров этанола» . Природные коммуникации . 4 : 2618. Бибкод : 2013NatCo...4.2618K . дои : 10.1038/ncomms3618 . ПМИД 24141249 .

[8] Толчинский, Грегори Питер (2015) Патент США 20 150 203 651 «Материал подошвы обуви с высокой износостойкостью и способ его изготовления»

[9] Повышенная теплопроводность полимера . Plasticsnews.com (16 июля 2014 г.). Проверено 25 ноября 2015 г.

[10] «Добавки к металлизации» . Plasmachem.de

[11] «Добавки к металлизации» . Карбодеон

[12] Феллман, Меган (2 октября 2008 г.). «Наноалмазное лекарственное средство может изменить лечение рака» . Северо-Западный университет . Проверено 10 апреля 2015 г.

[13] Чоу, Эдвард К.; Чжан, Сюэ-Цин; Чен, Марк; Лам, Роберт; Робинсон, Эрик; Хуан, Ходжин; Шаффер, Дэниел; Осава, Эйдзи; Гога, Андрей; Хо, Дин (9 марта 2011 г.). «Терапевтические средства доставки наноалмазов способствуют усиленному лечению химиорезистентных опухолей». Наука трансляционной медицины . 3 (73): 73ра21. doi : 10.1126/scitranslmed.3001713 . ПМИД 21389265 . S2CID 5550725 .

[14] Лауреаты Шнобелевской премии 2012 года . imrobable.com

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]