Detonační nanodiamant - Detonation nanodiamond

Jednotlivé DND před a po žíhání při 520 ° C
Elektronový mikrofotografie agregovaných DND
Struktura trinitrotoluenu (TNT)
Struktura hexogen (RDX)

Detonační nanodiamant ( DND ), známý také jako ultradisperzní diamant ( UDD ), je diamant, který pochází z detonace . Když je v uzavřené komoře odpálena výbušná směs TNT / RDX s nedostatkem kyslíku , vzniknou 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, CO 2 atd.). Čím vyšší je chladicí kapacita, tím větší je výtěžek diamantu, který může dosáhnout 90%. Po syntéze se diamant ze sazí extrahuje pomocí vysokoteplotního vysokotlakého ( autoklávu ) vroucího v kyselině po dlouhou dobu (přibližně 1–2 dny). Varem se odstraní většina kovové kontaminace pocházející z materiálů komory a ne-diamantového uhlíku.

Různá měření, včetně rentgenové difrakce a transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením, odhalila, 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.

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

Detonační nanodiamantová zrna mají většinou diamantovou kubickou mřížku a jsou strukturálně nedokonalá. Hlavními defekty jsou mnohonásobná dvojčata , jak naznačuje transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením. Navzdory tomu, že zdroj uhlíku pro syntézu diamantů - výbušná směs TNT / RDX - je bohatý na dusík, je koncentrace paramagnetického dusíku uvnitř diamantových zrn pod jednou částí na milion (ppm). 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

Nanokrystaly diamantu 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 procesem HPHT .

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.

Výzkumná skupina z Case Western Reserve University vyrobila pomocí mikroplazmy nanodiamant o velikosti 2–5 nm za podmínek blízkých okolnímu prostředí. 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 do motorových olejů (např. ADDO);
  3. Suchá maziva pro kovoprůmysl (kreslení drátů W, Mo, V, Rh);
  4. Vyztužující plniva pro plasty a gumu , pro úpravu mechanických a tepelných vlastností;
  5. Tepelná plniva pro plasty a gumu , pro vytvoření tepelně vodivých, ale elektricky izolačních materiálů pro elektroniku);
  6. Přísady do galvanického elektrolytu (např. DiamoSilb, DiamoChrom, Carbodeon uDiamond)

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.

Ig Nobelova cena za mír za rok 2012

V roce 2012 společnost SKN získala Ig Nobelovu cenu za mír za přeměnu staré ruské munice na nanodiamant.

Reference

externí odkazy