http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=60d4ced3-48a4-4348-b754-e4a256524b17&print=1© 2024 Российская академия наук
Российские учёные из Физико-технического института им. А. М. Иоффе РАН и Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии исследуют оптические методы изучения детонационных наноалмазов (ДНА). Во многих публикациях характерные размеры наночастиц ДНА оцениваются по данным динамического светорассеяния. Петербургские исследователи поставили под сомнение применение подобной методики для частиц размеров 3–6 нм, показав наличие существенных особенностей на спектрах поглощения столь малых частиц и экспериментально доказав возможность получения более чистых наноалмазных взвесей.
Детонационный способ получения наноалмазов был предложен отечественными учёными ещё в 60-е годы прошлого века. Суть метода весьма проста: смесь аморфного углерода и тротила (или гексогена) взрывают в детонационной камере. В результате на короткое время там значительно повышается давление и температура и самопроизвольно создаются условия формирования алмазной фазы из свободного углерода. Конечно, кроме наноалмазов в продуктах синтеза присутствуют различные примеси – нанографит, углеродная сажа, аморфный углерод.
Поэтому в последующие годы детонационный способ был несколько позабыт, но в последнее десятилетие, с развитием методов очистки продуктов взрыва, вновь привлёк к себе пристальное внимание исследователей как самый простой путь к получению алмазов. Сейчас в России коммерчески доступна гидрозоль ДНА – химически инертная взвесь очищенных наноалмазов в воде, производит которую компания СКТБ «Технолог».
Возможности использования наноалмазов весьма разнообразны. Уникальная твёрдость делает их незаменимыми компонентами полировальных соединений, а реакционная инертность позволяет применять наноалмазы в качестве износостойких покрытий для нефтедобычи или присадок моторного масла. Интересные перспективы открываются и в области адресной доставки лекарств.
Характерные размеры частиц ДНА отечественного производства составляют 200–400 нм. Поэтому для своих экспериментов исследовательская группа во главе с профессором, заведующим кафедры физики Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии Евгением Эйдельманом первоначально измельчала наноалмазы до 4 нм. По их уникальной методике водные суспензии ДНА подвергались многоэтапной термической, кислотной и ультразвуковой обработке. В результате получалась суспензия тёмно-коричневого, опалесцирующего оттенка, значительно более чистая, чем при использовании стандартной методики помола на шаровой мельнице.
На спектрах поглощения полученных суспензий хорошо виден рост поглощения в области 300 и 600 нм. И если для измельчённых на шаровой мельнице наноалмазов подобные результаты можно было объяснить локальным разогревом и графитизацией поверхности, то для нового метода подобные предположения исключены.
За появление этих пиков отвечают димеры – молекулы, составленные из двух атомов углерода. Они образуются на поверхности наноалмазов с уменьшением размеров. Такое предположение учёных подтвердилось совпадением теоретических предсказаний и экспериментальных данных. При этом для больших размеров наночастиц наблюдаемый эффект нивелируется не только малой долей димеров, но и общей невысокой долей оптического поглощения по сравнению с рассеянием.
Стоит отметить, что полученные гидрозоли ДНА обладали тёмно-коричневой окраской, несколько более прозрачной, чем гидрозоли, полученные измельчением на шаровой мельнице. Поэтому выполненную учёными работу можно расценивать не только как вклад в изучение оптических методов исследования наноалмазов, но и как первые шаги на пути к созданию прозрачных ДНА, свойства которых, вероятно, откроют ещё более широкие перспективы для применения в разных практических областях.
Работа поддержана программами президиума РАН «Квантовая физика конденсированных сред» и «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов»; кроме того, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы.