• Díky svému intenzivnímu kavitačné síly, energie ultrazvuku je slibná technika k výrobě Mikronové a nejdrobnějších diamanty z grafitu.
• Mikro- a nano-krystalické diamanty mohou být syntetizovány sonifikaci suspenze grafitu v organické kapalině, při atmosférickém tlaku a při teplotě místnosti.
• Ultrazvuk je také užitečný nástroj pro následné zpracování syntetizovaných nano diamanty ultrazvuku rozptýlí, deagglomerates a functionalizes nano částice velmi efektivní.

Ultrazvuk pro nanodiamantové Léčba

Nanodiamantů (také nazývaný detonační diamanty (DND) nebo ultradispersed diamanty (UDD)) jsou zvláštní formou uhlíkových nanomateriálů vyznačují jedinečným vlastnostem - jako je jeho mřížoví struktura, velká povrch, Stejně jako jedinečný optický a magnetický vlastnosti - a mimořádné aplikace. Vlastnosti ultradispersed částic, aby se tyto materiály inovativní sloučeniny pro tvorbu nových materiálů s mimořádnými funkcemi. Velikost diamantových částic sazí je asi 5 nm.

Na základě intenzivní zatížení, například při použití ultrazvuku nebo detonace, grafit mohou být transformovány do diamantu.

Ultrazvukem syntetizované nanodiamantů

Syntéza diamantů je důležitý terénní výzkum týkající se vědeckých a obchodních zájmů. Běžně používaný způsob syntézy mikro-krystalické a nano-krystalických diamantových částic je pod vysokým tlakem, pro vysoké teploty (HPHT) technika. Podle tohoto způsobu se vyžaduje proces tlak desítek tisíc atmosfér a teplotách vyšších než 2000K jsou generovány pro vytvoření hlavní část celosvětové dodávky průmyslového diamantu. Pro transformaci grafitu do diamantu, obecně vysokých tlaků a vysokých teplot je zapotřebí, a katalyzátory se používají ke zvýšení výtěžku diamantu.
Tyto požadavky potřebné pro transformaci mohou být generovány velmi efektivně pomocí High Power Ultrazvuk (= Nízká frekvence, vysoká intenzita ultrazvuku):

ultrazvukové kavitace

Ultrazvuk v kapalinách způsobuje lokálně velmi extrémní účinky. Při sonikaci kapalin při vysokých intenzitách vedou zvukové vlny, které se šíří do kapalného média, ke střídání vysokotlakých (kompresních) a nízkotlakých (zředěných) cyklů, přičemž sazby závisí na frekvenci. Během nízkotlakého cyklu vytvářejí vysoce intenzivní ultrazvukové vlny v kapalině malé vakuové bubliny nebo prázdné prostory. Když bubliny dosáhnou objemu, ve kterém již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlakého cyklu. Tento jev se nazývá kavitace, Během zhroucení velmi vysoké teploty (cca. 5,000K) a tlaku (cca. 2,000atm) je dosaženo lokálně. Imploze kavitace bubliny také za následek proudů kapaliny až do 280 m / s rychlost. (Suslick 1998) Je zřejmé, že mikro- a nano-krystalické diamanty mohou být syntetizovány v oboru ultrazvukové kavitace,

Ultrazvukové Postup syntézy nanodiamantů

De facto, studium Khachatryan et al. (2008) ukazuje, že diamantové mikrokrystaly se mohou také syntetizovat pomocí ultrazvuku suspenze grafitu v organické kapalině, při atmosférickém tlaku a při teplotě místnosti. Jako kavitace tekutiny, vzorec aromatických oligomerů byl vybrán kvůli svému nízkému tlaku nasycených par a jeho vysokou teplotou varu. V této kapaliny, speciální čistý grafitový prášek – s částicemi v rozsahu mezi 100-200 um - byl pozastaven. . V experimentech Kachatryan et al, že hmotnostní poměr pevné kapaliny byla 1: 6, hustota kavitace kapaliny byl 1,1 g cm^-3 při 25 ° C. Maximální ultrazvukový náročnost v sonoreactor bylo 75-80W cm^-2 odpovídající amplitudy akustického tlaku 15-16 MPa.
Bylo dosaženo přibližně 10% grafit-to-diamant konverzi. Diamanty byly téměř mono-dispergované s velmi ostrým, dobře navržené velikosti v rozmezí od 6 nebo 9μm ± 0,5 um, s krychlový, krystalický morfologie a vysoká čistota,

SEM obrazy ultrazvukem syntetizovaných diamanty: obrázky (a) a (b) znázorňují ukázkovou řadu 1, (c) a (d) vzorek série 2. [Khachatryan et al. 2008]

Tá náklady mikro- a nanodiamantů vyráběných tímto způsobem se odhaduje na konkurenční s procesem vysokotlaké vysokou teplotou (HPHT). To dělá ultrazvuk inovativní alternativou pro syntézu mikro- a nanodiamantů (Khachatryan et al. 2008), zejména proto, že výrobní proces nanodiamantů lze optimalizovat další vyšetřování. Mnoho parametrů, jako amplituda, tlak, teplota, kavitaci kapaliny, a koncentrace musí být zkoumána přesně zjistit sweet spot ultrazvukového syntézy nanodiamantové.
Podle dosažených výsledků v syntéze nanodiamantů, dále ultrazvukem generované kavitace nabízí potenciál pro syntézu dalších důležitých látek, jako je kubický nitrid bóru, nitridu uhlíku atd (Khachatryan et al., 2008)
Dále se zdá, že je možné vytvořit diamantové nanovláken a nanorods z více uhlíkové nanotrubice (MWCNTs) pod ozáření ultrazvukem. Diamantové nanodráty jsou jednorozměrná analogy sypkého diamantu. Díky své vysoké modulu pružnosti, poměr pevnosti k hmotnosti, a relativní snadnosti, s jakou může být jeho povrch funkcionalizovaný, bylo zjištěno, že optimální materiál pro nanomechanical vzory diamant. (Sun et al., 2004)

Ultrazvukové dispergace nanodiamantů

Jak již bylo popsáno, rozmělňovací a dokonce i distribuce velikosti částic v médiu, jsou základní předpoklady úspěšné využití jedinečných vlastností nanodiamantů.
rozptyl a rozdružování ultrazvukem jsou výsledkem ultrazvukové kavitace. Při vystavení tekutin ultrazvuku se zvukové vlny, které se šíří do kapaliny, výsledkem střídání vysokotlakých a nízkotlakých cyklů. To se týká mechanického namáhání přitahujících sil mezi jednotlivými částicemi. Ultrazvuková kavitace v kapalinách způsobuje vysokorychlostní proudění kapaliny až 1000 km / h (cca 600 mph). Takové trysky tlačí kapalinu při vysokém tlaku mezi částicemi a oddělují je od sebe. Menší částice se zrychlují kapalnými tryskami a srážejí se při vysokých rychlostech. To dělá ultrazvuku účinným prostředkem pro dispergaci, ale také pro frézování mikronů velikosti a sub částice mikronů velikosti.
Například, (velikost průměru asi 4 Nm) nanodiamantů a polystyren mohou být rozptýleny v cyklohexanu, čímž se získá speciální kompozitu. V jejich studii Chipara a kol. (2010) připravili kompozity polystyrenu a nanodiamantů, obsahující nanodiamantů v rozmezí mezi 0 a 25% hmotnosti. To zajišťuje rovnoměrný rozptyl, Se vystaví působení ultrazvuku se roztok po dobu 60 minut s Hielscher je UIP1000hd (1 kW).

Ultrazvukem asistované Funkcionalizace nanodiamantů

Pro funkcionalizaci kompletního povrchu každého nano velikosti částic, musí být k dispozici pro chemické reakce na povrchu částice. To znamená, že je vyžadována i a jemné disperze, jak dobře dispergované částice jsou obklopeny mezní vrstvě molekul přitahovány k povrchu částice. Chcete-li získat nové funkční skupiny na povrchu nanodiamantů vyžaduje, aby tato mezní vrstva musí být k porušení nebo odstranění. Tento proces přerušení a odstranění mezní vrstvy se může provést ultrazvukem.
Ultrazvuk zavádí do kapaliny vytváří různé extrémní účinky, jako jsou kavitace, Lokálně velmi vysoké teploty až 2000K a kapalné proudy až do 1000 km / h. (Suslick 1998) Touto stresových faktorů se přitahující síly (například Van-der-Waalsovy síly), mohou být překonány a funkční molekuly jsou provedeny na povrchu částice k funkcionalizaci, např. povrch nanodiamantů.

Schéma 1: Grafické in situ rozdružování a povrchové funkcionalizace nanodiamantů (Liang 2011)

Experimenty s Bead-Assisted Sonic rozmělňování (BASD) léčby ukázaly slibné výsledky pro povrchové funcionalization z nanodiamantů stejně. Tím, perličky (např. Mikro-velké keramické kuličky, jako jsou kuličky ZrO2) byly použity k vynucení ultrazvukového kavitačné síly na nanodiamantové částic. Rozmělňovací dochází v důsledku interpartikulární srážce nanodiamantové částicemi a ZrO₂ korálky.
Vzhledem k lepší dostupnost povrchu částic, pro chemické reakce, jako je například Boran snížení, arylací nebo silanizace, ultrazvukového nebo BASD (kulička-asistované sonic dezintegrace) předúpravy pro rozptylování účel se doporučuje. ultrazvukovými dispergační a rozdružování chemická reakce může probíhat mnohem úplněji.