Наноалмазы непосредственно образуются из газа и не требуют роста поверхности. Открытие может найти широкое применение в технике и промышленности, таких как покрытие пластмасс с порошком ультрадисперсных алмазов, а также в гибкой электронике, имплантантах, доставке лекарственных устройств и больше продуктов, которые используют преимущества исключительных свойств алмаза. Исследование ученых Case Western Reserve опубликовано сегодня в научном журнале Nature communication.
Помимо своих приложений, открытие может предложить некоторое представление о нашей вселенной: объяснение того, как наноалмазов видел в пространстве и найдены в метеоритах может быть сформирована. "Это не сложный процесс: пары этанола при комнатной температуре и давлении превращается в алмаз ", сказал Мохан Санкаран, адъюнкт-профессор химической инженерии в Case Western Reserve и руководитель проекта. "Мы течь газа через плазму, добавляют водород и из приходят наночастиц алмаза. Мы можем положить это вместе и сделать их практически в любой лаборатории." Процесс изготовления этих маленьких "навсегда камней" не будет расплавить пластик поэтому он хорошо подходит для определенных высокотехнологичных применений. Алмаз, известен тем, что жесткий, имеет отличные оптические свойства и высокую скорость звука и теплопроводность любого материала.
В отличие от других форм углерода, графита, алмаза представляет собой полупроводниковый, аналогично кремния, который является основным материалом в электронной промышленности, и арсенид галлия, который используется в лазерах и других оптических устройств. В то время как процесс прост, найти правильную концентрацию и потоки, что исследователи называют "золотой серединой"-потребовалось время.
Санкарану и Джону Ангус, почетному профессору химической технологии, пришла в голову идея выращивания наноалмазов без тепла и без давления около восьми лет назад. Исследования Ангуса в 1960-х и 1970-х годов привел его и других, чтобы разработать способ вырастить алмазных пленок при низком давлении и высокой температуре, процесс, известный как химическое осаждение из паровой фазы, которые используются для создания покрытий на компьютерные диски и лезвия. Санкаран тем временем, делает наночастицы с помощью прохладной микроплазм.
Это обычно требует высоких давлений и высоких температур, чтобы преобразовать в графит или алмаз комбинации газообразного водорода и нагретую подложку расти алмаз вместо графита. "Но на наноуровне, поверхностная энергия делает алмаз более стабильны, чем графит," Санкаран объясняет. "Мы думали, если бы мы могли пузырькового углеродных кластеров в газовой фазе, которые были меньше, чем 5 нм, что они будут алмаз вместо графита даже при нормальном давлении и температуре." После нескольких взлетов и падений с усилием, процесс пришли вместе, когда Кумар присоединился Санкаран в лаборатории. Инженеры алмазный так же, как они производят сажи. Они сначала создать плазму, которая представляет собой состояние вещества, похожие на газ, а часть становится заряженным, или ионизированный. Искра является примером плазмы, но это горячая и неконтролируемыми. Чтобы добраться до производительного и надежного температурах они ионизированного газа аргона, как это было откачиваемой из трубки волос шириной в диаметре, создавая микроплазменными. Они перекачивают этанол - источник углерода через микроплазму, где, как и сжигания топлива, углерод перерывов свободными от других молекул в газе , и дает частицы от 2 до 3 нм, достаточно мала, что они превращаются в алмаз.
В менее микросекунды, они добавляют водород. Элемент удаляет углерод, который не превратился в алмаз одновременно стабилизации поверхности частицы алмаза.
Алмазов формируется не большие совершенные кристаллы используются для изготовления ювелирных изделий, но представляет собой порошок алмазными частицами. Санкаран и Кумар теперь сделали высококачественные алмазы среднем 2 нм в диаметре.
Исследователи провели около года испытаний, чтобы убедиться, что они производили алмазы и что этот процесс может быть воспроизведен, сказал Кумар. Команда проделала различных тестов и принес себя в лаборатории Yap для анализа наночастиц с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света.
В настоящее время, наноалмазов сделаны в результате инициирования взрывчатого вещества в реакторе для получения тепла и давления. Алмазные частицы должны быть удалены и очищены от загрязняющих элементов массировал вокруг них. Процесс быстро и дешево, но наноалмазов совокупности и различного размера и чистоты.
Новое исследование предлагает перспективные последствия. Наноалмазов, например, проходят испытания для переноса лекарств к опухолям. Потому что алмаз не признается в качестве захватчика со стороны иммунной системы, она не вызывает сопротивления, главная причина, почему химиотерапии не удается. Санкаран говорит, что его наноалмазы может предложить альтернативу алмазы, сделанные детонации методами, потому что они чище и меньше.
В недавней работе в журнале Physical Review Letters, позволяет предположить, что при столкновении межзвездных пыли, такое высокое давление, что участвует графитовый углерод превращается в наноалмазы. Санкаран и Кумар утверждают, что вариант с не высоким давлением требование, как их метод, следует рассматривать, тоже. "Может быть, мы делаем алмаз в Алмазный путь иногда делается в космическом пространстве", Санкаран предложил. "Этанол и плазма существовуют в космическом пространстве, и наша наноалмазов близки по размерам и структуре тем, которые содержатся в космосе".
Сейчас группа изучает ли он может точно настроить процесс контролировать, какая форма алмаза сделан, анализ структуры и определения, если каждый из них имеет различные свойства.
Исследователи сделали вид краски наноалмазов спрея. "Мы можем сделать это в одну стадию, путем распыления наноалмазов они изготавливаются из плазмы и очищены с водородом, чтобы покрыть поверхность", сказал Кумар. И они работают над расширением процесса для промышленного использования.
| 