El nanodiamante de detonación ( DND ), también conocido como diamante ultradisperso ( UDD ), es un diamante que se origina a partir de una detonación . Cuando una mezcla explosiva deficiente en oxígeno de TNT / RDX se detona en una cámara cerrada, las partículas de diamante con un diámetro de c. Se forman 5 nm al frente de la onda de detonación en el lapso de varios microsegundos.
Propiedades
El rendimiento del diamante después de la detonación depende fundamentalmente de las condiciones de síntesis y especialmente de la capacidad calorífica del medio refrigerante en la cámara de detonación (agua, aire, CO 2 , etc.). Cuanto mayor sea la capacidad de enfriamiento, mayor será el rendimiento del diamante, que puede alcanzar el 90%. Después de la síntesis, el diamante se extrae del hollín utilizando alta temperatura y alta presión ( autoclave ) hirviendo en ácido durante un período prolongado (aproximadamente 1 a 2 días). La ebullición elimina la mayor parte de la contaminación del metal, que se origina en los materiales de la cámara y el carbono que no es diamante.
Varias mediciones, incluida la difracción de rayos X [1] y la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución [2] revelaron que el tamaño de los granos de diamante en el hollín se distribuye alrededor de 5 nm. Los granos son inestables con respecto a la agregación y forman espontáneamente racimos micrométricos (ver figura anterior). La adhesión es fuerte y los contactos entre unos pocos nanogranos pueden contener un racimo del tamaño de un micrómetro adherido a un sustrato. [2]
El diamante nanométrico tiene una superficie relativa extremadamente grande. Como resultado, su superficie adhiere espontáneamente moléculas de agua e hidrocarburos de la atmósfera ambiental. [3] Sin embargo, se puede obtener una superficie limpia de nanodiamantes con un manejo adecuado. [2]
Los granos de nanodiamantes de detonación tienen en su mayoría una red cúbica de diamante y son estructuralmente imperfectos. Los principales defectos son gemelos múltiples , como sugiere la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. [2] A pesar de que la fuente de carbono para la síntesis de diamantes (mezcla explosiva TNT / RDX) es rica en nitrógeno, la concentración de nitrógeno paramagnético dentro de los granos de diamante es inferior a una parte por millón (ppm). [1] El nitrógeno paramagnético (átomos de nitrógeno neutros que sustituyen al carbono en la red del diamante) es la forma principal de nitrógeno en el diamante y, por tanto, el contenido de nitrógeno en DND es probablemente muy bajo.
Métodos de síntesis alternativos
Los nanocristales de diamante también se pueden sintetizar a partir de una suspensión de grafito en un líquido orgánico a presión atmosférica y temperatura ambiente mediante cavitación ultrasónica. El rendimiento es aproximadamente del 10%. Se estima que el costo de los nanodiamantes producidos por este método es competitivo con el proceso HPHT . [4] [5]
Una técnica de síntesis alternativa es la irradiación de grafito mediante pulsos de láser de alta energía. La estructura y el tamaño de partícula del diamante obtenido es bastante similar al obtenido en explosión. En particular, muchas partículas exhiben hermanamiento múltiple. [6]
Un grupo de investigación de la Universidad Case Western Reserve produjo nanodiamantes de 2 a 5 nm de tamaño en condiciones cercanas a las ambientales mediante un proceso de microplasma. [7] Los nanodiamantes se forman directamente a partir de un gas y no requieren superficie para crecer.
Aplicaciones
Los productos comerciales basados en nanodiamantes están disponibles para las siguientes aplicaciones:
- Lapeado y pulido (por ejemplo, Sufipol);
- Aditivos para aceites de motor (por ejemplo, ADDO);
- Lubricantes secos para la industria del metal (Estirado de alambres en W, Mo, V, Rh);
- Rellenos de refuerzo para plástico y caucho , para modificar las propiedades mecánicas y térmicas; [8]
- Rellenos térmicos para plástico y caucho , para crear materiales termoconductores pero eléctricamente aislantes para electrónica [9] );
- Aditivos para el electrolito de galvanoplastia (por ejemplo, DiamoSilb, DiamoChrom, [10] Carbodeon uDiamond [11] )
Uso en medicina
Los nanomateriales pueden transportar medicamentos de quimioterapia a las células sin producir los efectos negativos de los agentes de administración actuales. Grupos de nanodiamantes rodean a los medicamentos, lo que garantiza que permanezcan separados de las células sanas, evitando daños innecesarios; al alcanzar los objetivos previstos, los medicamentos se liberan en las células cancerosas. Los diamantes sobrantes, cientos de miles de los cuales podrían caber en el ojo de una aguja, no inducen inflamación en las células una vez que han hecho su trabajo. [12] [13]
Premio Ig Nobel de la Paz 2012
En 2012, la empresa SKN recibió el Premio Ig Nobel de la Paz por convertir munición rusa antigua en nanodiamantes. [14]
Referencias
- ↑ a b Iakoubovskii, K .; Baidakova, MV; Wouters, BH; Stesmans, A .; Adriaenssens, GJ; Vul ', A.Ya .; Grobet, PJ (2000). "Estructura y defectos del nanodiamante de síntesis de detonación" . Diamante y materiales relacionados . 9 (3–6): 861. Bibcode : 2000DRM ..... 9..861I . doi : 10.1016 / S0925-9635 (99) 00354-4 .
- ^ a b c d Iakoubovskii, K; Mitsuishi, K; Furuya, K (2008). "Microscopía electrónica de alta resolución del nanodiamante de detonación" . Nanotecnología . 19 (15): 155705. Código Bibliográfico : 2008Nanot..19o5705I . doi : 10.1088 / 0957-4484 / 19/15/155705 . PMID 21825629 .
- ^ Ji, Shengfu; Jiang, Tianlai; Xu, Kang; Li, Shuben (1998). "Estudio FTIR de la adsorción de agua sobre superficie de polvo de diamante ultradisperso". Ciencia de superficies aplicadas . 133 (4): 231. Código Bibliográfico : 1998ApSS..133..231J . doi : 10.1016 / S0169-4332 (98) 00209-8 .
- ^ Galimov, É. METRO.; Kudin, AM; Skorobogatskii, VN; Plotnichenko, VG; Bondarev, OL; Zarubin, BG; Strazdovskii, VV; Aronin, AS; Fisenko, AV; Bykov, IV; Barinov, A. Yu. (2004). "Corroboración experimental de la síntesis de diamante en el proceso de cavitación". Física Doklady . 49 (3): 150. Bibcode : 2004DokPh..49..150G . doi : 10.1134 / 1.1710678 .
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- ^ Los ganadores del premio Ig Nobel 2012 . improbable.com
enlaces externos
- http://pubs.acs.org/cgi-bin/sample.cgi/jpcbfk/asap/pdf/jp066387v.pdf
- http://www.udayton.edu/News/Article/?contentId=2234
- http://research.ncl.ac.uk/nanoscale/research/nanodiamond.html Investigación de nanodiamantes en la Universidad de Newcastle
- http://www.ioffe.rssi.ru/nanodiamond/ Instituto Físico-Técnico Ioffe de la Academia Rusa
- http://www.cnn.com/2007/TECH/science/10/19/nanodiamonds.drugs/index.html
- http://www.carbodeon.com
- http://www.plasmachem.de/overview-powders.html#diamond