Комплексные подходы к характеризации наноалмазов детонационного синтеза и их коллоидных растворов (1105580), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Тезисыдокладов. С. 32.7.Tomchuk O.V., Avdeev M.V., Korobov M.V., Volkov D.S., Belyaeva L.A., Proskurnin M.A.,Rogachev A.V., Bulavin L.A. Aggregation in modified aqueous dispersions of detonationnanodiamonds as revealed by small-angle neutron scattering / International Conference«Advanced Carbon NanoStructures» (ACNS'2013), Россия, Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, 1-4 июля 2013. Тезисы докладов. С. 198.128.Волков Д.С., Проскурнин М.А., Михеев И.В., Коробов М.В.
Application of photothermal andphotoacoustic spectroscopy for the monitoring of detonation nanodiamonds / 17th InternationalConference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena (ICPPP17), China, Jiangsu, Suzhou,October 20–24 2013, Book of abstracts. P. 219.9.Волков Д.С.
Direct Elemental Analysis of Nanodiamonds With ICP-OES / The ColloquiumSpectroscopicum Internationale XXXVIII (CSI XXXVIII), Norway, Tromsø, June 16–21 2013,Book of abstracts. P. 90.10. Волков Д.С., Проскурнин М.А., Коробов М.В. Direct Elemental Analysis of Nanodiamondswith ICP-OES / International Conference «Advanced Carbon NanoStructures» (ACNS'2013),Россия, Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.
Иоффе РАН, 1-4 июля 2013. Тезисы докладов.С. 20111. Volkov D.S., Proskurnin M.A., Mikheev I.V., Vasil’ev D.V., Korobov M.V., Nedosekin D.A.,Zharov V.P. Application of Photothermal and Photoacoustic Spectroscopy for the Monitoring ofAqueous Dispersions of Carbon Nanomaterials // Bern Open Publishing: Proceedings of theInternational Conference on Advanced Laser Technologies (ISSN: 2296-312X) 2012. V. 1 –Photoacoustics DOI: 10.12684/alt.1.9412.
Proskurnin M.A., Volkov D.S., Ryndina E.S., Nedosekin D.A., Zharov V.P. Signal Enhancement inDisperse Solutions for the Analysis of Biomedical Samples by Photothermal Spectroscopy // BernOpen Publishing: Proceedings of the International Conference on Advanced Laser Technologies(ISSN: 2296-312X) 2012. V. 1 – Laser diagnostics and spectroscopy DOI: 10.12684/alt.1.8213. Volkov D., Avramenko N., Belyaeva L.
et al. Formation, distraction and drying of the «secondarystructure» in detonation nanodiamonds / Advanced Carbon Nanostractures, 10th BiennialInternational Workshop «Fullerenes and Atomic Clusters». — Vol. 36. — St. Petersburg, Russia,2011. — P. 203.14. Volkov D.S., Ryndina E.S., Proskurnin M.A., Korotkov A.S., Zuev B.K. Application of TransientPhotothermal-Lens Spectrometry for Characterizing Concentrational and Size Parameters ofSolutions in Chemical Analysis / 18th International Conference on Advanced Laser Technologies(ALT'10), Netherlands, Egmond aan Zee, September 11-16, 2010. Book of abstracts. P. 104Личный вклад автора. Все эксперименты продуманы, выполнены, обработаны,интерпретированы и оформлены автором лично, за исключением обработки и интерпретацииданных экспериментов по малоугловому рассеянию нейтронов и регистрации фотографийПЭМ.Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 238 страницах машинописноготекста и содержит 70 рисунков, 59 таблиц и список литературы из 306 наименований.13ГЛАВА 1. Современное состояние исследований свойствнаноалмазов детонационного синтеза(обзор литературы)В начале 1960-х годов в СССР группа исследователей (В.В. Даниленко, К.В. Волков, иВ.И. Елин, РФЯЦ-ВНИИТФ, г. Снежинск) под руководством академика Е.И.
Забабахина [1]обнаружила примеси микроскопических алмазов в продуктах ударного сжатия графита и сажи.Из-за секретности и отсутствия интереса промышленности к открытию его ждала достаточносложная судьба, подробно изложенная в работе [1]. Работы в этой области в СССР былиизвестны ограниченному кругу исследователей и оставалось практически неизвестныммировому научному сообществу вплоть до 1988 года, когда вышла первая печатная работасоветских исследователей [2]. В ней изложен законченный технологический результат,фактически технология производства алмазов с диаметром кристаллита порядка несколькихнанометров. В это же время свои результаты опубликовала совместная американо-германскаяисследовательская группа [3], причем эта статья в силу доступности стала известна гораздошире советской.
Тем не менее, в настоящее время приоритет советских исследователей воткрытии наноалмазов практически не оспаривается.Создание технологии производства инициировало большое количество теоретических иэкспериментальныхработпосинтезуиисследованиюнаноалмазов.Тринаучно-исследовательские группы в СССР внесли основной вклад в ее разработку: академика РАНГ.В. Саковича, проф., руководителя НПО «Алтай» А.М. Ставера и руководителя институтагидродинамики СО РАН, ректора Технического университета, академика РАН В.М. Титова.Отметим, что работы по детонационному синтезу проводились в институте физической химииАН СССР А.Н. Дреминым с сотрудниками, на Украине в институте проблем материаловедения[4, 5], а также К.В.
Волковым, В.В. Даниленко и В.И. Единым [6].1.1. ТерминологияПосколькуотдельныепервичныекристаллынаноалмазовпредставляютсобойквазисферические частицы, здесь и далее под размером наноалмазов мы будем понимать ихдиаметр. В мировой литературе до сих пор нет единого устоявшегося термина для обозначенияалмазовсразмеромпорядка5 нм.Долгоевремяширокоиспользовалсятермин«ультрадисперсные алмазы» (УДА, «ultradispersed diamonds»), популярный в отечественнойлитературе до сих пор, однако в последнее время все чаще применяют термин «наноалмазы»(НА, «nanodiamonds», ND) или более конкретно «детонационные наноалмазы» (ДНА,«detonationnanodiamonds»,DND),еслиисследователихотятподчеркнутьименно14детонационный метод синтеза этих объектов.
Наряду с указанными терминами иногдавстречаются и такие названия, как «nanocrystalline diamonds» и «ultrananocrystalline diamonds»(UNCD). Мы будем пользоваться термином «наноалмазы».Детонационный синтез, о котором кратко будет рассказано ниже, также не являетсяединственным способом создания алмазов столь малых размеров. Наноалмазные зернаобразуются в процессе формирования поликристаллических алмазных пленок, получаемыхметодом физического осаждения из газовой фазы. Авторы [7] изучали образование наноалмазовпод действием мощных коротких лазерных импульсов.
Возможно получение наноалмазов припомощи лазерной абляции в жидкостях [8]. Наноалмазы обнаружены в межзвездной среде [9],где они могут составлять до 20% углерода [10, 11], метеоритах [12, 13], во льдах [14]. И хотя этивиды наноалмазов чрезвычайно интересны сами по себе, в работе мы остановились нананоалмазах детонационного синтеза и все дальнейшие сведения будут относиться именно кним, если специально не оговорено иное.1.2. Получение наноалмазовНаноалмазы детонационного синтеза получают путем взрыва смеси тринитротолуола сгексогеном (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексаном) или октогеном (1,3,5,7-тетранитро1,3,5,7-тетраазациклооктаном).
Взрыв проводят в специальной камере из нержавеющей стали вбескислородной атмосфере. Непосредственно в ударной волне давление достигает 20–30 ГПа,температура — 3000–4000 К [15]. На очень короткое (суб-микросекундное) время [16] алмазстановится термодинамически более выгодной фазой, чем углерод. Теоретические расчетыпоказали, что оптимальными условиями образования наноалмаза является относительновысокое давление и низкая температура продуктов детонации в точке Чепмана–Жуге [17].Поэтому для увеличения выхода наноалмазов используют охлаждающий агент, в качествекоторого используют инертные газы (Ar, N2, CO2), воду, водные эмульсии и лёд. Количествоохлаждающего агента подбирают таким образом, чтобы достигалась оптимальная скоростьохлаждения смеси после детонации составляющая 3000–4000 К×мин–1.
В результате взрываполучается сложная смесь из наноалмазов (4–20 мас.%), органических веществ и неалмазныхформ углерода. Средний размер (диаметр) первичной наноалмазной частицы составляет 4–5 нм,большинство имеет диаметр от 2 до 20 нм [18-21]. Для извлечения наноалмазов из продуктоввзрыва (шихты) используют многоступенчатый процесс [17], включающий стадии окисления(для этого используют смеси на основе HClO4, HNO3, оксидов азота, H2O2, O3, CrO3, K2Cr2O7, итак далее).
В результате неалмазные формы окисляются, а более устойчивые алмазные частицыостаются.15Однако вопрос о том, происходит ли синтез алмазов непосредственно во фронте волны изотдельных атомов углерода или за ней вызывает дискуссию. Теоретически расчеты [22]показывают, что энергии ударной и детонационной волн недостаточно для полной атомизациивзрывчатого вещества, поэтому высказываются предположения о том, что ударная волнавызывает частичный разрыв связей с образованием фрагментов, состоящих из несколькихатомов углерода, которые, конденсируясь, формируют алмазное ядро.1.3.
Традиционные области применения наноалмазовНаноалмазы сочетают в себе 2 важных свойства — твердость иустойчивостьмакрокристаллического алмаза и высокую дисперсность. Поэтому первым и наиболееочевидным применением наноалмазов стало их использование в качестве наноматериаловтехнического назначения: абразивных материалов для финишного полирования, компонентовантифрикционных и износостойких присадок к смазкам, абразивостойких конструкционныхматериалов. Большая площадь поверхности наноалмазов (250–420 м2/г) открывает большиевозможности для создания композитных материалов на основе металлов и полимеров [23-26].Наноалмазы с успехом применяются в качестве прекурсоров роста CVD алмазных пленок [27] идля создания композитов с высокой теплопроводностью [28, 29].1.4.
Перспективные области использования наноалмазовФизико-химические свойства (механическая прочность, химическая инертность иодновременно возможность управляемой функционализации, узкое распределение размеровпервичных частиц и др.) наноалмазов позволят говорить о перспективности их использования вбиологии, биохимии и медицине. Поэтому в последние годы стало появляться большоеколичество исследовательских работ в этом направлении.Важный вопрос в данном контексте — биологическое действие наноалмазов. Этот весьмаважный вопрос изучается уже довольно длительное время [30]. Исследования последних летпоказывают, что наноалмазы обладают низкой токсичностью для клеток млекопитающих(нейронов [31, 32], легочного эпителия [31, 33, 34], клеток крови [35, 36], фибробластов [33, 34],тканей яичников китайского хомячка1 [37], других типов клеток [38-41]).
При этом клеткирастут на наноалмазном субстрате без изменения своей морфологии, что делает его идеальнымдля различных биомедицинских применений, платформ для иммобилизации культивируемыхклеток, исследований стволовых клеток, инженерии костной ткани [42]Отметим отдельно исследования, связанные с культивированием нейронов на поверхностинаноалмазной матрицы [32, 43-45]. Проведенные исследования показали, что нейроны1Клеточная культура, широко используемая при исследованиях в генетике, биологии, медицине,токсикологии и производстве рекомбинантных белков.16прекрасно растут на наноалмазных подложках, образуя нейронные сети и сохраняя своюфункциональность и возбудимость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
