Наноалмазы взращивают с помощью микровзрыва
Несмотря на общий интерес и быстрое развитие в мире наноалмазного направления российские ученые, остаются в этой области науки законодателями мод, хотя это и становится все труднее.
Об этом рассказал в интервью «Науке и жизни» профессор Александр Вуль из Физико-технического института им А.Иоффе РАН во время международного симпозиума «Детонационные наноалмазы. Технология. Свойства. Применения», состоявшегося в Санкт-Петербурге.
Профессор Вуль напомнил, что промышленный синтез алмазов начался с середины 50-ых годов прошлого века, который осуществлялся путем трансформации графита в камерах, обеспечивающих высокое давление – десятки тысяч атмосфер и температуру – около полутора тысяч градусов. По данным Вуля, в мире ежегодно производятся сотни тысяч карат таких искусственных алмазов со средним размером от сотен до единиц микрон – так называемые алмазные микропорошки.
В настоящее время, когда инновационные технологии уверенно переходят от микрометровых к нанометровым размерам, потребовались и алмазы соответствующих размеров. Первые наноалмазы были синтезированы в Советском Союзе, промышленное производство которых появилось в конце восьмидесятых годов. Исходным сырьем был избран углерод, входящий в состав взрывчатых веществ. Высокие давление и температура, необходимые для образования структуры алмаза из атомов углерода, достигались в процессе взрыва. Короткое время взрыва определяло малый размер алмазных кристалликов – всего миллиардные доли метра, рассказал представитель Физтеха.
Он отметил, что до определенного времени работы по взрывному методу синтеза в открытой печати, по понятным причинам, не освещались. Наверное поэтому способ получения наноалмаза из углерода взрывчатых веществ изобретался в СССР не один раз и независимо разными группами авторов. Позже, в 1988 году эти работы были опубликованы в России и США и широко цитировались. С того времени исследователи прошли большой путь. Оказалось, что детонационные наноалмазы обладают рядом необычных свойств. Исследования последних лет показали, что наноалмазы могут быть успешно использованы для создания нанокомпозиционных материалов, уникальных по своим механическим свойствам покрытий, элементов наноэлектроники, селективных адсорбентов и катализаторов, объектов медико-биологического использования. Применение наноалмазов существенно улучшает качество микроабразивных и полировальных составов, смазочных масел, абразивных инструментов, полимерных композиций, резин и каучуков, систем магнитной записи, позволяет выращивать алмазные пленки на различных подложках.
Со школьной скамьи известно, что и алмаз, и графит состоят из атомов углерода, столь разные свойства этих веществ определяются только взаимным расположением атомов в их кристаллической решетке. Алмазы нанометровых размеров при нагревании при определенных условиях перестраивают свою структуру, образуют вложенные друг в друга углеродные сферы – наноматрешку – углеродную луковку. И эта луковка под действием электронного луча может снова перестроиться в наноалмаз, (т.е. в структуру с решеткой алмаза). А ведь полая углеродная наносфера – это не так давно открытая и такая популярная теперь молекула фуллерена.
Возможность изучать структурные превращения на наноуровне, конечно, привлекательна для ученых, не менее интригующим было и обнаружение наноалмазов в метеоритах. Этого достаточно для объяснения интереса к наноалмазам в фундаментальных исследованиях, но основной интерес к изучению их свойств определяется возможностью использования наноалмазов в промышленности, считает Александр Вуль.
Отметим, что среди участников конференции в Санкт-Петербурге был профессор И.Осава (Япония), открывший фуллерены, который рассказал о разработанном методе получения суспензий наноалмазов, состоящих из частиц размером всего в 4 нм.
Первый Международный симпозиум по детонационным наноалмазам состоялся в Петербурге в 2003 году. Неизменным организатором выступает Физико-технический институт им.А. Иоффе РАН и ФГУП СКТБ «Технолог» (Петербург) – организации, выполняющие в настоящее время совместный проект по разработке новейшей технологии синтеза детонационных наноалмазов уникального качества и организации их промышленного производства.
