Nanodiamant , ultrafin diamant - kol nanostruktur . Den har ett kristallgitter av diamanttyp : en planaxiell klass av kubisk syngoni , två ansiktscentrerade Bravais-gitter , förskjutna i förhållande till varandra med 1/4 av huvuddiagonalen. Den karakteristiska storleken för en nanokristall är 1÷10 nanometer . Nanodiamanter, eller ultradispergerade diamanter, kan betraktas som ett specifikt nanokolmaterial som ingår i familjen av nanokolkluster tillsammans med fullerener , nanorör , nanografit, "lökformen" av kol . Diamantpartiklar har olika fysikaliska och kemiska egenskaper som skiljer sig från andra former av kol. Egenskaperna hos nanodiamanter beror i huvudsak på produktionsmetoden.
Det finns flera sätt att få fram diamantnanopartiklar. Bland dem är följande de vanligaste:
I Sovjetunionen, under ledning av E. I. Zababakhin, 1962, syntetiserade VNIITF-forskarna K. V. Volkov, V. V. Danilenko och V. I. Elina diamanter genom chockkomprimering av grafit och sot i sfäriska och cylindriska lagringsampuller för att öka antalet 1963 diamanter. komprimering av en blandning av grafit med en kylmedelsmetall användes. 1962 föreslog Danilenko att ersätta ampullsyntes med ampulllös syntes med explosioner i en explosionskammare. I detta fall placerades grafit direkt i en cylindrisk laddning av TNT/RDX TG40-legeringen, och för att undertrycka grafitisering och minska hastigheten för avlastning av den resulterande diamanten omgavs laddningen av ett vattenskal. Detta gav en kraftig ökning av diamantavkastningen. I juli 1963 genomfördes ett kontrollexperiment med en laddning utan grafit, vilket bekräftade antagandet om syntesen av diamant från kolet från detonationsprodukter (PD). Baserat på fasdiagrammet för kol och P,t-värdena för Jouguet-punkten under detonationssönderdelningen av en explosiv, visades det att fritt kol skulle kondensera i form av diamant. I detta fall måste sprängämnet ha en negativ syrebalans. Den största fördelen med kondensering av atomärt kol av detonationsprodukter i jämförelse med syntes från grafit är att det i denna process inte finns något behov av att spendera energi och tid för att förstöra eller omordna det initiala kristallgittret av grafit. Problemet i detta fall är bevarandet av ultrafin diamant (UDD) från oxidation och grafitisering. 1963-1965 visades den avgörande betydelsen av FP-kylning på grund av omvandlingen av den potentiella FP-energin till den kinetiska energin hos skalet som omger laddningen. En PG 40-laddning bildad i form av en långsträckt cylinder gav ett UDD-utbyte på 8–12 % av laddningens massa med ett UDD-innehåll i laddningen på upp till 75 %. I USA kom den första rapporten om syntesen av UDD först 1988. Deras innehåll i sot var enligt författarna 25%. Således har Ryssland prioritet i syntesen av detonationsnanodiamanter. Men trots en rad framgångsrika experimentella arbeten i början av 1960-talet avbröts ytterligare forskning praktiskt taget, eftersom forskning och produktion av katalytiskt syntetiserade diamanter utvecklades intensivt vid den tiden, och införandet av nya metoder för syntes av UDD möttes av ett hinder från en oförberedd bransch. 1982 lanserades syntesen av nanodiamanter på en gång i flera vetenskapliga centra i Sovjetunionen, men produktionskapaciteten översteg avsevärt efterfrågan på nanodiamanter. 1993 inskränktes ett antal produktioner och förrän 2003 återupptogs de inte. Hittills har DND-produktionsanläggningar bevarats i St. Petersburg, Snezhinsk, Vitryssland och Ukraina. Nyligen har forskare över hela världen börjat visa intresse för DND.
DND erhålls genom kemiska omvandlingar vid detonationsvågfronten under explosionen av kraftfulla sprängämnen (en blandning av TNT och RDX). Gaserna som bildas under detonationen av ett antal sprängämnen innehåller en betydande mängd fritt kol, från vilket, under förhållanden med hög temperatur och tryck som uppnås under explosionen, diamantfasen av kol bildas. Nanodiamond är den mest stabila termodynamiska formen av kol. Hittills finns det ingen enhetlig teori om DND-bildning. Enligt idéerna om termodynamiken för DND-bildning är den huvudsakliga aspekten som säkerställer möjligheten för diamantbildning i processen för adiabatisk nedbrytning av explosivt kol med en negativ syrebalans det faktum att fritt kol kondenserar i diamant- eller flytande fas. Adiabatisk expansion av detonationsprodukter följer detonation. Samtidigt bibehålls inte villkoren för diamantstabilitet länge. Om detonationsprodukternas densitet är nära sprängämnets initiala täthet, ersätts villkoren för stabiliteten av diamant med villkoren för stabiliteten av grafit. Under adiabatisk expansion faller trycket hos detonationsprodukterna snabbare än temperaturen, därför är det termodynamiska tillståndet för kolkomponenten i området för grafitstabilitet vid hög temperatur, vilket bidrar till fasövergången av diamant till grafit. Men vid en viss temperatur minskar grafiteringshastigheten, och därför, i dessa (sista) stadier av expansionen av detonationsprodukter, blir mängden kol som överförs från diamantfasen till grafitfasen försumbar - detta är "frysningen" av grafitisering och bevarande av diamantfasen. Sålunda inträffar diamant-grafit-övergången när grafitiseringens frystemperatur överskrids. Om T>>Tzam, så hinner hela diamanten förvandlas till grafit, och UDD detekteras inte i de kylda detonationsprodukterna. Temperaturen är således kritisk, och i denna process bestäms den till stor del av laddningskonfigurationen (mediets värmeledningsförmåga). De optimala förutsättningarna för bildandet av en UDD i en detonationsvåg och dess bevarande är ett relativt högt tryck vid en låg temperatur på detonationsprodukterna, motsvarande Chapman-Jouguet-punkten. Således finns det 3 steg i detonationssyntesen av nanodiamanter:
1. Bildandet av fritt kol som ett resultat av detonationsomvandlingen av ett sprängämne.
2. Snabb expansion av detonationsprodukter och kylning av diamantpartiklar under grafiteringstemperaturen.
3. Intensiv värme- och massöverföring mellan detonationsprodukterna och miljön kring laddningen.
Sedan slutet av 1990-talet har ND använts som en komponent i smörjmedelssorbenter, polerkompositioner och som tillsats till elektrolytiska och andra nederbördsbad. Hittills är många potentiella tillämpningar av detta nanomaterial, inklusive biomedicinska områden och strukturella kompositer, outnyttjade.
Detonationssyntesen av diamanter är en relativt billig och tidskrävande metod för framställning av konstgjorda diamanter. Men bland familjen av konstgjorda diamanter har detonationsnanodiamanter för närvarande den minst fördelaktiga positionen. Detta beror på många faktorer: den arbetsintensiva tekniken för att rengöra diamanter från detonationssyntes, orsakad av både en låg andel diamantkol i detonationsprodukterna och ytterligare föroreningar från detonationskammaren; en hög grad av deras polydispersitet som en konsekvens av detonationsprocessens spontanitet. Men det främsta, uppenbarligen, ett hinder för den utbredda användningen av DND är att den resulterande produkten inte kan reproduceras i partier, uttryckta i olika storlekar, olika elementär och funktionell sammansättning; avsaknaden av en enda standard av parametrar bland olika tillverkare och, som ett resultat, en korrekt definition av detonationssyntes nanodiamant. Därför är allt arbete med forskning, modifiering och att hitta nya användningsområden för DND relevant, eftersom de öppnar upp sätt att använda denna produkt. Detta förklarar det ökade intresset hos forskare runt om i världen under 2000-talet för nanodiamanter i allmänhet och för detonationsnanodiamanter i synnerhet, som den mest tillgängliga av hela diamantfamiljen.
För närvarande används termen "nanodiamant" generellt sett på flera föremål: nanodiamantkristaller som finns i meteoriter, kristallina korn av polykristallina diamantfilmer och slutligen nanodiamantpulver och -suspensioner erhållna genom detonationssyntes.
UDD kan erhållas med önskade egenskaper och framgångsrikt användas som sorbenter, katalysatorer och läkemedel.
Forskare från Forskningscentrum. Ames vid NASA tror att det infraröda rymdteleskopet Spitzer kommer att kunna upptäcka diamanter i rymden. Med hjälp av datormodeller kunde forskarna utveckla en strategi för att upptäcka diamanter som är ungefär en nanometer långa. Astronomer hoppas att dessa små partiklar kommer att hjälpa till att lära sig mycket om hur kolrika molekyler, huvudkomponenterna i livet på jorden, utvecklades i rymden. Se även art. Antagandet om den möjliga existensen av diamantpartiklar i det interstellära mediet uttrycktes först 1985 av VV Sobolev (Mining Institute, Dnepropetrovsk) vid III All-Union Conference on Detonation (Tallinn). Den fullständiga versionen av rapporten publicerades 1987 i tidskriften "Physics of Combustion and Explosion" (nr 1), 1993 i tidskriften "Geochemistry" (nr 9). Artikeln övervägde ett möjligt scenario för bildandet av diamant från atomärt kol. Under bildandet av SS-planeterna i det protoplanetära damm- och gasmolnet hittades diamantpartiklar också som ett "byggnadsmaterial", vars storlek varierade från flera enheter till tiotals nanometer. Nanodiamanter utspridda i jordskorpan var idealiska substrat för tillväxten av enkristaller (diamanter från primära avlagringar). Ett antagande gjordes om de mest sannolika källorna till "malkula" reliker av nanodiamanter.
Enligt University of California, Los Angeles, kan nanodiamanter användas inom tandvården för att skydda desinficerade rotkanaler efter avlägsnande av nerver och pulpa, vilket avsevärt ökar chanserna för en fullständig återhämtning. Det noteras också att kombinationen av nanodiamanter med guttaperka kan förbättra den senares skyddande egenskaper.