1.3.2. Получение наноалмазов

Детонационный синтез рассматривается в настоящее время как один из перспективных методов получения наноматериалов. Разработаны способы получения в ударной волне нанопорошков оксидов алюминия, магния, титана, циркория и цинка, нанотрубок и сферических частиц углерода, нитевидных кристаллов MgO длиной 60 нм (при соотношении длины к диаметру 100) и др. [8].

Одним из первых разработанных и внедренных в промышленное производство процессов получения наноматериалов в  динамических условиях ударной волны был синтез искусственных наноалмазов [9].

Было установлено, что алмазы можно получить при детонации смеси  углеродсодержащего материала с ВВ, обладающим отрицательным кислородным балансом в стационарной герметичной взрывной камере многоразового действия, заполненной инертными газами. Эти методом были синтезированы  кубическая и смесь кубической и гексагональной модификаций алмаза как в мелкодисперсном состоянии, так и в виде прессованных гранул различных размеров и формы. В качестве исходного материала были использованы различные формы углерода, в том числе и аморфные. Выход продукта составлял 50%.

Позднее российскими учеными было установлено, что алмазы в небольшом количестве образуются и при  детонации чистых ВВ с отрицательным кислородным балансом в неокислительной среде. В результате проведенных исследований были найдены условия увеличения выхода целевого продукта и с середины 80-х гг. налажено промышленное производство детонационных искусственных алмазов из взрывчатых веществ.

Технология производства наноалмазов включает детонационный синтез в взрывной камере, химическую очистку, отмывку и кондиционирование продукта. Процесс промышленного детонационного синтеза (рис.1.2) осуществляют, как правило, периодически, каждый раз вручную загружая заряд ВВ, снабженный электрическим капсюлем-детонатором, через верхний люк герметически закрываемой взрывной камеры.

Подрыв осуществляют из другого помещения путем подачи электрического импульса на капсюль-детонатор. При выборе объема и конструкции взрывной камеры следует учитывать, что на каждый килограмм взрывчатого вещества необходимо от 1 до 4 м3 объема камеры; с увеличением объема снижается фактическая прочность камеры. Для повышения прочности стенки камеры часто выполняются многослойными, например, из тонкой стальной ленты или из стеклопластика. Чаще всего используют камеры объемом 2 м3; они отличаются наибольшей надежностью и безопасностью работы. Масса подрываемых зарядов составляет 0,5-1,0 кг, при этом получают до 2,5 кг наноалмазов за восьмичасовую смену. Высокий выход алмазов наблюдается при использовании водяной или ледяной оболочки вокруг заряда, хотя синтез можно проводить и в среде собственных продуктов детонации или в среде инертных газов. При детонации взрывчатых веществ в среднем развиваются температура – до 4000 К, давление – до 30 Гпа; время синтеза не превышает 0,5 мкс. Очистка алмазной шихты (АШ) проводится  путем жидкофазного окисления неалмазных форм углерода и других примесей смесью кислот.

Конечной продукцией являются наноалмазы в виде загущенной стабилизированной суспензии в дистиллированной воде либо в виде сухого порошка. Ультрадисперсные алмазы, полученные таким способом,  наряду с высокой твердостью обладают большой сорбционной емкостью и высокой химической активностью, что обуславливает их широкое применение (рис.1.3).

Рис.1.3. Сферы применения наноалмазов

Около 70% этих алмазов используют для финишного полирования, 25% - в гальванике для  повышения изностойкости и других свойств электрохимических металлических покрытий, 5% - в масляных композициях для улучшения их трибологических свойств (снижения коэффициента трения, вязкости масла, повышения прочности масляной пленки). Перспективными направлениями использования наноалмазов является производство полимер - алмазных композиций, сорбентов для разделения и очистки белков, катализаторов с переносом заряда и модифицированных биостойких бетонов. Ультрадисперсные алмазы относятся к принципиально новым противоопухолевым препаратам, улучшающим состояние онкобольных.