Stötvågssyntes eller detonationssyntes ( eng. shock wave synthesis ) är en metod för mekanisk chockvågsverkan , som är en snabbflytande process som skapar dynamiska förhållanden för syntesen av slutprodukten och dess dispersion till ett pulver med en nanometerpartikel storlek .
Detonationssyntes används för att erhålla olika morfologiska former av kol , främst nanokristallint diamantpulver ( nanodiamond ) , och oxidnanopulver av olika metaller: Al, Mg, Ti, Zr, Zn, etc.
När diamantnanopulver erhålls från blandningar av grafit med metaller är stötvågens varaktighet 10–20 μs och det genererade trycket når 20–40 GPa . Mer tekniskt avancerad är framställningen av diamantpulver genom explosion av organiska ämnen med hög kolhalt och relativt låg syrehalt, d.v.s. detonation av kondenserade sprängämnen med negativ syrebalans; i detta fall frigörs fritt kol under explosionen, från vilken diamantfasen bildas. Det finns två varianter av detonationssyntesen av diamantnanopulver från kondenserade kolhaltiga sprängämnen med negativ syrebalans: i den "torra" syntesen av diamantnanopartiklar expanderar explosionsprodukterna till en inert atmosfär och svalnar i gasfasen; i fallet med "vatten"-syntes används en vattenkylare av de resulterande diamantpartiklarna.
Trycket av hundratusentals atmosfärer och temperaturer på upp till flera tusen grader som kännetecknar detonationsprocessen motsvarar området för termodynamisk stabilitet för diamantfasen på p–T-diagrammet över möjliga koltillstånd. Samtidigt, vid detonationssyntes, vid en kort tid av existens av höga tryck och temperaturer som är nödvändiga för bildandet av diamant, hör en viktig roll till kinetiken för bildandet och tillväxten av kärnor i diamantfasen. Vanligtvis används blandningar av trinitrotoluen och hexogen i ett viktförhållande av 1 : 1 eller 3 : 2 för att erhålla diamantnanopulver, speciella explosiva kammare fyllda med inert eller koldioxid , som förhindrar oxidation av de bildade diamantpartiklarna och deras omvandling till grafit . Bildandet av diamantnanopartiklar sker inom 0,2–0,5 μs, eftersom vid detonationssyntes, med mycket kort tid för bildning av diamantpartiklar, deras tillväxthastighet är flera storleksordningar högre än för statiska förhållanden. Efter explosionen samlas de kondenserade syntesprodukterna upp och behandlas i heta mineralsyror under tryck för att avlägsna sot och andra föroreningar, tvättas upprepade gånger i vatten och torkas. Produktionen av diamantpulver är 8–9 % av den ursprungliga massan av sprängämnen. Ett karakteristiskt drag hos diamantnanopulver som erhålls genom detonationssyntes är en extremt liten spridning av nanopartikelstorlekar - huvudfraktionen av partiklar har en storlek på 4–5 nm.
När metaller eller kemiska föreningar används som utgångsmaterial för detonationssyntes, används en gas eller flytande medium som är kemiskt neutralt med avseende på slutprodukten, vilket bidrar till snabb kylning av det resulterande ämnet och stabilisering av dess höga temperatur. och metastabila kristallina modifikationer. I det här fallet utsätts lagret av det ursprungliga ämnet (ett mycket poröst metallmedium, en kemisk förening , en metallhydroxidsol eller gel ) för stötvågsverkan av ett sprängämne. I en stötvåg komprimeras och upphettas den mycket porösa metallen, eller så sker reaktioner av nedbrytning av den ursprungliga föreningen till en oxid, följt av stabilisering av oxidfaserna. Efter att stötvågen når den fria ytan av det ursprungliga ämnet, sprids materialet in i gasatmosfären i explosionskammaren eller i ett flytande kylmedel.
Vid detonationssyntesen av oxidnanopulver från metaller används ett aktivt syrehaltigt medium (till exempel O 2 + N 2 ). Förbränning av metall med bildning av oxid sker i expansionsstadiet. I en atmosfär av koldioxid är det möjligt att syntetisera kolnanorör och sfäriska kolnanopartiklar .