Получение наноалмазов

На сегодня существует несколько способов получения алмазных наночастиц. Среди них наиболее распространены следующие:

· получение из природных алмазов физическими методами;

· синтез при сверхвысоких давлениях и температурах;

· электронно_ и ионно_лучевые методы, использующие облучение углеродсодержащего материала пучками электронов и ионами аргона.

· химическое осаждение углеродосодержащего пара при высоких температурах и давлениях.

На следующем рисунке изображены стадии зарождения и роста наночастиц алмаза из газовой фазы при 1000°С.

Рис 88. а) 0 мин, б) 15 мин, в) 30 мин, г) 60 мин после начала наращивания затравочных

кристаллов алмаза, помещенных на медную подложку

Еще наноалмазы получают детонационным синтезом, ведь при взрыве образуется достаточно высокая температура и давление для формирования наноалмазов. Однкао взрывчатка стоит дорого. В то же время, по международным обязательствам, наша страна должна уничтожить более миллиона тонн своих боеприпасов, что обоходится в 1500 долларов на тонну. Академик В.М.Лоборев предложил использовать боеприпасы для производства наноалмазов, но до практики дело, как это водится, не дошло. В результате имеем отсутствие боеприпасов, наноалмазов и денег.

Для получения сложных алмазоидных наноструктур перспективна идея автоматизированного механосинтеза,, который станет возможным с появлением точных наноманипуляторов.

Сегодня химикам удается получать сложные молекулярные комплексы, смешивая в пробирках различные вещества при необходимых условиях и в нужной концентрации. Так почему

просто не собирать наноструктуры из атомов механическим путем под контролем компьютера и человека? Если удается добиться необходимых результатов с помощью пробирок, то не лучше ли наноманипуляторы справятся с таким заданием?

Идея молекулярного механосинтеза чрезвычайно проста и напоминает роботизированную фабрику, например, по сборке автомобилей: наноманипулятор берет атом и присоединяет его

к поверхности собираемого объекта. Такая система кажется довольно простой и эффективной, и более подробно будет рассмотрена в главе “Инструменты нанотехнологии”

Итак, повторим еще раз!

_ Атомы образуют химические связи, чтобы приобрести устойчивую электронную конфигурацию, т.е. полностью заполнить свою внешнюю электронную оболочку. Тип связи влияет на свойства вещества, включая реакционную способность..

_ Выделяют несколько типов химической связи:

Ионная связь обусловлена электрическим притяжением между противоположно заряженными ионами. Типичный представитель _ поваренная соль (NaCl).

Ковалентную связь образуют атомы с общей парой электронов. Типичный представитель – алмаз.

Металлическая связь связывает ионы металлов, “плавающие” в облаке нелокализованных электронов, что объясняет высокую гибкость и прочность металлов.

Силы Ван*дер*Ваальса _ это все виды слабого межмолекулярного взаимодействия, кроме водородной связи.

Водородная связь обусловлена притяжением между атомом водорода и другими электроотрицательными атомами. Она может быть как межмолекулярной (вода, лед), так и внутримолекулярной (в молекуле ДНК).

_ Количество атомов в частице сильно влияет на ее свойства

_ Нанохимия изучает свойства и способы получения наночастиц. Одна из главных задач нанохимии _ установление связи между размером и реакционной способностью.частицы.

_ Выделяют две группы методов получения наночастиц:

Диспергационные (измельчение);

Конденсационные (восстановление из ионов и атомов).

_ Наночастицы (кроме “магических”) так и норовят срастись. Чтобы этому помешать в систему вводят стабилизатор.

_ Наночастицы могут обладать уникальными свойствами.

Наночастицы серебра убивают большинство известных вирусов и микробов. Фильстры для очистки воды и воздуха на основе этих наночастиц гораздо более эффективны и долговечныпо сравнению с ионными фильтрами.

Наночастицы оксида цинка защищают от вредного воздействия УФ лучей. Их можно исползовать при производстве очков, одежды, солнцезащитных кремов и пр. Кроме того, ими можно модифицировать ткани для камуфляжей и покрытий типа “стелс”, невидимых в широком диапазоне частот.

Наночастицы диоксида кремния позволяют создавать самоочищающиеся покрытия для тканей, стекла, дерева, керамики и камня.

РВС на основе нанотрубок серпентина продлевает жизнь автомобиля и значительно снижает уровень выхлопных газов.

_ Одним из практических применений нанохимии является производство наноматериалов с улучшенными свойствами, а также “умных” материалов, способных активно реагиро-вать на изменения окружающей среды и изменять свои свойства в зависимости от обстоятельств.

_ С развитием нанотехнологий большой интерес вызывает алмазоид-углеводород, в котором атомы углерода образуют тетраэдрическую пространственную решетку, точно такую же, как в алмазе. Выделяют три вида алмазоидов: (адамантан, диамантан и триамантан), Всем им присущи базовые характеристики алмаза, в том числе, высокая биосовместимость. Благодаря этому, алмазоид является первым претендентом в списке материалов, из которых в перспективе могут быть изготовлены медицинские нано-роботы.