Наноалмазы

Получение, применение и свойства наноалмазов

Как правило, размер одного нанокристалла составляет от 1 до 10 нанометров. Наноалмазы могут рассматриваться, как специфический наноуглеродный материал, который входит в состав семейства наноуглеродныx кластеров, к которому также относятся нанотрубки, нанографит, фуллерены. Как и все наноуглеродные материалы, наноалмазы обладают уникальными свойствами, поэтому могут использоваться как мощный структурообразователь в разных материалах, с целью улучшения их характеристик Наноалмаз является инертным материалом, который трудно поддается окислению. К его основным физическим свойствам относятся:

1. Тепловодность, составляющая 2000 Вт/м*К.
2. Удельная поверхность, составляющая от 400 до 500 $м^2$/г.
3. 3аряд частиц, который является отрицательным.
4. Насыпная плотность, составляющая от 0,4 до 0,6 г/$см^3$.
5. Температура начала процесса графитизации в вакууме, составляющая 900 градусов по Цельсию.
6. Пикнометрическая плотность, составляющая от 3 до 3,3 г/$см^3$.
7. Температура начала процесса окисления на воздухе, составляющая 350 градусов по Цельсию.
8. Средний размер микрокристаллов, составляющий от 4,5 до 6 нанометров.
9. Средний размер агрегатов, составляющий от 120 до 140 нанометров.

В настоящее время существует достаточно большое количество способов получения наноалмазов, среди которых самыми распространенными являются:

1. Детонационный синтез.
2. Получение наноалмазов из природных алмазов различными физическими способами.
3. Электрохимическое осаждение на аноде.
4. Синтез при сверхвысоких температурах и давлениях.
5. Химическое осаждение пара, в котором содержится углерод при высоких давлениях и температурах.
6. Электронно-лучевые и ионно-лучевые методы, основанные на облучении углеродсодержащего материала пучками ионов аргона и электронами.

Сейчас наноалмазы используются во многих областях промышленности. Самыми распространенными способами использования являются следующие: использование в качестве добавки к маслам; использование в качестве добавки к смазочным материалам с целью уменьшения коэффициента трения; использование в процессе производства поликристаллических алмазов; для изготовления композиционных и гальванических покрытий, с целью повышения износостойкости; применение в качестве полирующего материала; использование в качестве сорбента с высокой адсорбирующей способностью и развитой поверхностью.

Детонационные наноалмазы

В газах, которые образуются в случае детонации, содержится существенное количество свободного углерода. Из этого углерода, при условии высоких температур и давлений, формируется алмазная фаза углерода. Согласно существующим данным об образовании детонационных наноалмазов, основное аспект, который обеспечивает возможность возникновения алмазов во время адиабатического распада углерода взрывчатой смеси с отрицательным кислородным балансом, является конденсация свободного углерода в жидкой или алмазной фазах. Адиабатическое расширение продуктов детонации начинается сразу после нее. В данном случае условия стабильность алмазов сохраняются недолго. В том случае, когда плотность продуктов детонации по значению близка к начальной плотности взрывчатой смеси, условия стабильности алмазов сменяются условиями стабильности графита. В условиях адиабатического разлета давление продуктов детонации уменьшается быстрее, чем температура и таким образом термодинамическое состояние углеродных компонентов оказывается в области устойчивости высокой температуры, что в свою очередь способствует фазовому превращению алмаза в графит. Однако, при некоторой температуре скорость графитизации уменьшается и на последних стадиях разлета продуктов взрыва количество углерода, которое перешло из алмазной формы в графитную, становится очень маленьким - заморозка графита. Получается, что переход алмаз-графит осуществляется при условии превышения температуры заморозки графита. Если температура больше температуры заморозки графита, то алмаз успевает превратиться в графит. Таким образом температура имеет определяющее значение в процессе. Сам процесс образования детонационных алмазов можно разделить на три стадии:

1. Образование свободного углерода.
2. Расширение продуктов детонации и охлаждение алмазных частиц.
3. Тепломассообмен между средой, которая окружает заряд, и продуктами детонации.