История проведения разработок по детонационному синтезу ультрадисперсных алмазов. Использование взрывных процессов для получения алмазной шихты. Разнообразие структур и уникальные качества наноалмазов, позволяющие применять их в современных технологиях.
Аннотация к работе
Ультрадисперсный алмаз, или наноалмаз, - это углеродная структура, имеющая кристаллическую решетку типа алмаза и размеры от 1-10 нм. Наноалмазы были впервые получены в 1963 году, и менее чем за полвека нашли применение в технологии и промышленности. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как исключительная твердость, износостойкость, высокая теплопроводность и прочность, он широко применяется для изготовления различных инструментов и оборудования, используется в технике и радиоэлектронике. Алмаз разрезает любые материалы, выдерживает высокие нагрузки температуры и давления. В естественных условиях алмаз образуется в земных недрах на больших глубинах, где на углерод воздействуют высокие давления и температуры, что обусловливает высокую упаковку атомов в структуре алмаза.Взрыв - физический или химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объеме, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду. При взрыве содержащаяся в веществе потенциальная энергия (химическая, атомная, термоядерная, тепловая) быстро превращается в механическую работу, совершаемую образовавшимися сжатыми и нагретыми газами. Работоспособность взрывчатого вещества определяется величиной потенциальной энергии на единицу массы, которая освобождается при взрыве. Другим фактором силы взрыва является объем газов или пара, образующихся при взрыве одного кг взрывчатого вещества. Быстрота выделения и огромное давление сжатых газов при их расширении создают в окружающей среде ударные волны, а граница взрывчатое вещество - среда двигается с большой скоростью, уплотняя и разрушая среду.Экспериментально показано, что для прямого перехода графита в алмазную фазу требуются давление не ниже 11 ГПА и температура не менее 2000 К, при статическом методе такие условия должны сохраняться длительное время. При этом температура и давление являются независимыми параметрами, процесс статического синтеза может протекать от нескольких минут до десятков часов. Кроме того, параметры взрывного процесса, такие как давление, скорости нагружения, температуры сжатия и остаточные температуры, можно регулировать способом сжатия, подбором взрывчатого вещества с определенными свойствами, предварительным нагревом или охлаждением. В результате синтеза в сильнонеравновесных условиях получаются уникальные нанокристаллические структуры, каждая частица алмаза имеет множество режущих кромок. Образование наночастиц алмаза происходит за 0,2-0,5 мкс, температура продуктов взрыва достигает 2000-4000 ?С, а графитизация алмаза начинается уже при 1000?С.Каждая частица состоит из сверхтвердого инертного ядра, покрытого пористыми оболочками, содержащими аморфный углерод и различные функциональные группы примесей (рисунок 3). Величины диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости близки к идеальным для алмаза: Еще одним важным свойством поверхности наноалмаза является электрокинетический потенциал, или ?-потенциал, который также в значительной степени зависит от способов очистки, которые влияют на состояние поверхности. Так, например, благодаря высокой сорбционной способности, обусловленной сверхвысокой поверхностной активностью частиц, наноалмазы могут применяться в медицине, в частности, в борьбе против рака. Частицы, объединенные в агрегаты размером 50-100 нм, могут быть использованы в качестве поставщиков лекарства к здоровым клеткам или ядовитых препаратов к клеткам раковых опухолей. В отличие от современных средств доставки (липосомы и полимеросомы - полые сферические полимерные образования, заполненные активным препаратом), кластеры наноалмазов не убивают здоровые клетки, имеют размер приблизительно в 100 раз меньше, но при этом могут нести на своей поверхности в несколько раз больше лекарственного препарата.Наноалмазы являются экологически чистым материалом, они безопасны для живого организма, обладают невероятной биологической активностью; применение наноалмазов существенно улучшает качество гальванических покрытий, мембран и резин, смазочных материалов, абразивных инструментов и полировальных составов.
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ВЗРЫВ И ДЕТОНАЦИЯ
2. МЕХАНИЗМ И ОСОБЕННОСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА НАНОАЛМАЗОВ
3. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Вывод
Наноалмазы детонационного синтеза обладают как свойствами природного алмаза, так и набором уникальных качеств, которые сильно зависят от особенностей синтеза и очистки, могут кардинально различаться. Наноалмазы являются экологически чистым материалом, они безопасны для живого организма, обладают невероятной биологической активностью; применение наноалмазов существенно улучшает качество гальванических покрытий, мембран и резин, смазочных материалов, абразивных инструментов и полировальных составов. Широкий спектр применения делает детонационные наноалмазы перспективным материалом. Способы синтеза и модификации совершенствуются, продолжаются исследования физических и физико-химических свойств, появляются новые области использования. Спрос на наноалмазные порошки и продукты растет, постепенно налаживается промышленное производство наноалмазов в России и за рубежом.