Նանոադամանդների ուլտրաձայնային սինթեզ
- Իր ինտենսիվ կավիտացիոն ուժի շնորհիվ հզոր ուլտրաձայնը խոստումնալից մեթոդ է գրաֆիտից միկրո և նանո չափերի ադամանդներ արտադրելու համար:
- Միկրո և նանո-բյուրեղային ադամանդները կարող են սինթեզվել՝ մթնոլորտային ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում գրաֆիտի կասեցումը օրգանական հեղուկում սինթեզելով:
- Ուլտրաձայնը նաև օգտակար գործիք է սինթեզված նանո ադամանդների հետմշակման համար, քանի որ ուլտրաձայնային ազդեցությունը շատ արդյունավետ է ցրում, ապաագլոմերացնում և ֆունկցիոնալացնում նանո մասնիկները:
Ուլտրաձայնային նանոադամանդի բուժման համար
Նանոադամանդները (նաև կոչվում են պայթեցման ադամանդներ (DND) կամ գերցրված ադամանդներ (UDD)) ածխածնային նանոնյութերի հատուկ ձև են, որոնք առանձնանում են եզակի բնութագրերով, ինչպիսիք են. վանդակավոր կառուցվածքը, նրա մեծ մակերեւույթ, ինչպես նաև եզակի օպտիկական և մագնիսական հատկություններ – և բացառիկ կիրառություններ: Ուլտրացրված մասնիկների հատկությունները այս նյութերը դարձնում են նորարարական միացություններ՝ արտասովոր գործառույթներով նոր նյութեր ստեղծելու համար: Մուրում ադամանդի մասնիկների չափը մոտ 5 նմ է։
Ինտենսիվ ուժերով, ինչպիսիք են ձայնային արտանետումը կամ պայթյունը, գրաֆիտը կարող է վերածվել ադամանդի:
Ուլտրաձայնային սինթեզված նանոադամանդներ
Ալմաստների սինթեզը գիտական և առևտրային հետաքրքրություններին վերաբերող կարևոր հետազոտական ոլորտ է: Միկրոբյուրեղային և նանոբյուրեղային ադամանդի մասնիկների սինթեզի համար սովորաբար օգտագործվող գործընթացը բարձր ճնշում-բարձր ջերմաստիճանի (HPHT) տեխնիկան է: Այս մեթոդով ստեղծվում է տասնյակ հազարավոր մթնոլորտների պահանջվող ճնշումը և 2000K-ից ավելի ջերմաստիճանը, որպեսզի արտադրվի արդյունաբերական ադամանդի համաշխարհային մատակարարման հիմնական մասը: Գրաֆիտը ադամանդի վերածելու համար, ընդհանուր առմամբ, պահանջվում են բարձր ճնշումներ և բարձր ջերմաստիճաններ, և օգտագործվում են կատալիզատորներ՝ ադամանդի բերքատվությունը բարձրացնելու համար։
Փոխակերպման համար անհրաժեշտ այս պահանջները կարող են շատ արդյունավետ ձևավորվել՝ օգտագործելով բարձր հզորության ուլտրաձայնային (= ցածր հաճախականություն, բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային):
ուլտրաձայնային կավիտացիա
Հեղուկների մեջ ուլտրաձայնը տեղական շատ ծայրահեղ էֆեկտներ է առաջացնում: Բարձր ինտենսիվությամբ հեղուկներ հնչյունավորելիս ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկ միջավայրում, հանգեցնում են բարձր ճնշման (սեղմման) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլերի փոփոխման՝ հաճախականությունից կախված արագությամբ: Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքները հեղուկում ստեղծում են փոքր վակուումային փուչիկներ կամ դատարկություններ: Երբ փուչիկները հասնում են այնպիսի ծավալի, որով նրանք այլևս չեն կարող էներգիա կլանել, նրանք կատաղի փլուզվում են բարձր ճնշման ցիկլի ընթացքում: Այս երեւույթը կոչվում է կավիտացիա. Պայթյունի ժամանակ տեղական մակարդակում հասնում են շատ բարձր ջերմաստիճաններ (մոտ 5000K) և ճնշում (մոտ 2000ատմ): Կավիտացիոն պղպջակի պայթյունը նաև հանգեցնում է մինչև 280 մ/վ արագությամբ հեղուկ շիթերի: (Suslick 1998) Ակնհայտ է, որ միկրո- և նանո-բյուրեղային ադամանդները կարող են սինթեզվել ուլտրաձայնային ոլորտում կավիտացիա.
Նանոադամանդների սինթեզի ուլտրաձայնային ընթացակարգը
Դե ֆակտո Խաչատրյանի և այլոց ուսումնասիրությունը։ (2008 թ.) ցույց է տալիս, որ ալմաստի միկրոբյուրեղները կարող են սինթեզվել նաև օրգանական հեղուկում գրաֆիտի կասեցման ուլտրաձայնային եղանակով մթնոլորտային ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանում: Որպես կավիտացիոն հեղուկ՝ ընտրվել է անուշաբույր օլիգոմերների բանաձև՝ շնորհիվ ցածր հագեցած գոլորշիների ճնշման և բարձր եռման ջերմաստիճանի: Այս հեղուկում, հատուկ մաքուր գրաֆիտ փոշի – 100-200 մկմ միջակայքում գտնվող մասնիկներով – կասեցվել է: Խաչատրյանի և այլոց փորձերում պինդ-հեղուկ քաշի հարաբերակցությունը եղել է 1։6, կավիտացիոն հեղուկի խտությունը՝ 1,1գ սմ։-3 25°C-ում։ Ուլտրաձայնի առավելագույն ինտենսիվությունը սոնորեակտորում եղել է 75-80 Վտ սմ-2 համապատասխան 15-16 բար ձայնային ճնշման ամպլիտուդիային:
Այն ձեռք է բերվել մոտավորապես 10% գրաֆիտից ադամանդի փոխակերպում: Ադամանդները համարյա էին մոնո-ցրված շատ սուր, լավ մշակված չափերով 6 կամ 9 մկմ ± 0,5 մկմ միջակայքում, խորանարդով, բյուրեղային մորֆոլոգիա և բարձր մաքրություն.
Ուլտրաձայնային եղանակով սինթեզված ադամանդների SEM պատկերները. նկարները (ա) և (բ) ցույց են տալիս 1-ին նմուշի շարքը, (գ) և (դ) նմուշների շարքը 2: [Խաչատրյան և ուրիշներ. 2008]
Այն ծախսերը այս մեթոդով արտադրված միկրո և նանոադամանդները գնահատվում են մրցունակ բարձր ճնշում-բարձր ջերմաստիճան (HPHT) գործընթացով: Սա ուլտրաձայնը դարձնում է նորարարական այլընտրանք միկրո և նանո-ադամանդների սինթեզի համար (Խաչատրյան և այլք, 2008), հատկապես, քանի որ նանոադամանդների արտադրության գործընթացը կարող է օպտիմալացվել հետագա հետազոտությունների միջոցով: Շատ պարամետրեր, ինչպիսիք են ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, կավիտացիոն հեղուկը և կոնցենտրացիան, պետք է ճշգրիտ ուսումնասիրվեն՝ ուլտրաձայնային նանոադամանդի սինթեզի քաղցր կետը հայտնաբերելու համար:
Հետագա ուլտրաձայնային եղանակով առաջացած նանոադամանդների սինթեզման արդյունքում ձեռք բերված արդյունքներով կավիտացիա առաջարկում է այլ կարևոր միացությունների սինթեզի ներուժ, ինչպիսիք են խորանարդ բորի նիտրիդը, ածխածնի նիտրիդը և այլն (Խաչատրյան և ուրիշներ 2008 թ.)
Ավելին, թվում է, թե հնարավոր է ստեղծել ադամանդե նանոլարեր և նանոգողիկներ բազմապատի ածխածնային նանոխողովակներից (MWCNTs) ուլտրաձայնային ճառագայթման ներքո: Ադամանդի նանոլարերը զանգվածային ադամանդի միաչափ անալոգներ են: Շնորհիվ իր բարձր առաձգական մոդուլի, ամրության և քաշի հարաբերակցության և դրա մակերեսների ֆունկցիոնալացման հարաբերական հեշտության, ադամանդը համարվում է նանոմեխանիկական նախագծման օպտիմալ նյութ: (Sun et al. 2004)
Նանոադամանդների ուլտրաձայնային ցրում
Ինչպես արդեն նկարագրված է, դեագլոմերացիան և մասնիկների հավասարաչափ բաշխումը միջավայրում կարևոր են նանոադամանդների եզակի հատկությունների հաջող շահագործման համար:
ցրվածություն և դեագգլոմերացիա կողմից ուլտրաձայնային արդյունք են ուլտրաձայնային կավիտացիա. Երբ հեղուկները ենթարկվում են ուլտրաձայնի, ձայնային ալիքները, որոնք տարածվում են հեղուկի մեջ, հանգեցնում են բարձր ճնշման և ցածր ճնշման ցիկլերի փոփոխման: Սա կիրառում է մեխանիկական սթրես առանձին մասնիկների միջև ձգող ուժերի վրա: Հեղուկների մեջ ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է բարձր արագությամբ հեղուկ շիթեր մինչև 1000 կմ/ժ արագություն (մոտ 600 մղոն/ժ): Նման շիթերը բարձր ճնշման տակ սեղմում են հեղուկը մասնիկների միջև և բաժանում դրանք միմյանցից։ Ավելի փոքր մասնիկները արագանում են հեղուկ շիթերով և բախվում բարձր արագությամբ: Սա ուլտրաձայնը դարձնում է արդյունավետ միջոց ցրողների, բայց նաև նրանց համար ֆրեզերային միկրոն չափի և ենթ միկրոն չափերի մասնիկներից:
Օրինակ, նանոադամանդները (միջին չափը մոտ 4 նմ) և պոլիստիրոլը կարող են ցրվել ցիկլոհեքսանում՝ հատուկ կոմպոզիտ ստանալու համար: Իրենց ուսումնասիրության մեջ Chipara et al. (2010) պատրաստել են պոլիստիրոլի և նանոադամանդների կոմպոզիտներ, որոնք պարունակում են նանոադամանդներ 0-ից մինչև 25% քաշի միջակայքում: հավասարաչափ ստանալու համար ցրվածություն, նրանք 60 րոպե լուծույթը քսեցին Hielscher's-ով UIP1000hd (1 կՎտ):
Նանոադամանդների ուլտրաձայնային օժանդակությամբ ֆունկցիոնալացում
Յուրաքանչյուր նանո չափի մասնիկի ամբողջական մակերեսի ֆունկցիոնալացման համար մասնիկի մակերեսը պետք է հասանելի լինի քիմիական ռեակցիայի համար: Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ է հավասարաչափ և նուրբ ցրում, քանի որ լավ ցրված մասնիկները շրջապատված են մոլեկուլների սահմանային շերտով, որը ձգվում է դեպի մասնիկների մակերեսը: Նանոադամանդի մակերեսին նոր ֆունկցիոնալ խմբեր ստանալու համար այս սահմանային շերտը պետք է ջարդվի կամ հեռացվի: Սահմանային շերտի կոտրման և հեռացման այս գործընթացը կարող է իրականացվել ուլտրաձայնային միջոցով:
Հեղուկի մեջ ներմուծված ուլտրաձայնը առաջացնում է տարբեր ծայրահեղ էֆեկտներ, ինչպիսիք են կավիտացիա, տեղական շատ բարձր ջերմաստիճան մինչև 2000K և հեղուկ շիթեր մինչև 1000կմ/ժ արագություն: (Suslick 1998) Սթրեսային այս գործոններով կարող են հաղթահարել ձգող ուժերը (օրինակ՝ Վան-դեր-Վալսի ուժերը), և ֆունկցիոնալ մոլեկուլները տեղափոխվում են մասնիկի մակերես՝ ֆունկցիոնալացնելու համար, օրինակ՝ նանոադամանդի մակերեսը:
Սխեման 1. Նանոադամանդների in situ ապաագլոմերացիայի և մակերեսային ֆունկցիոնալացման գրաֆիկա (Liang 2011)
Bead-Assisted Sonic Disintegration (BASD) բուժման հետ կապված փորձերը խոստումնալից արդյունքներ են ցույց տվել նաև նանոադամանդների մակերեսային ֆունկցիոնալացման համար: Այսպիսով, ուլունքներ (օրինակ՝ միկրո չափի կերամիկական ուլունքներ, ինչպիսիք են ZrO2 ուլունքները) օգտագործվել են ուլտրաձայնային ուժի համար։ կավիտացիոն ուժերը նանոադամանդի մասնիկների վրա: Ապագլոմերացիան տեղի է ունենում նանոադամանդի մասնիկների և ZrO-ի միջմասնավոր բախման պատճառով:2 ուլունքներ.
Շնորհիվ մասնիկների մակերեսի ավելի լավ հասանելիության, քիմիական ռեակցիաների համար, ինչպիսիք են Բորանի ռեդուկցիան, արիլացումը կամ սիլանացումը, խորհուրդ է տրվում ուլտրաձայնային կամ BASD (ուլունքների օգնությամբ ձայնային տարրալուծում) նախնական մշակումը ցրման նպատակով: Ուլտրաձայնային միջոցով Ցրում և դեագգլոմերացիա քիմիական ռեակցիան կարող է շատ ավելի ամբողջական ընթանալ։
Ուլտրաձայնային կավիացիան հանգեցնում է ջերմաստիճանի և ճնշման ծայրահեղ տարբերությունների և բարձր արագությամբ հեղուկ շիթերի: Այսպիսով, ուժային ուլտրաձայնը հաջող մշակման մեթոդ է խառնուրդի և ֆրեզերային ծրագրերի համար:
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Գրականություն/Հղումներ
- Խաչատրյան, Ա.Խ. et al.: Ուլտրաձայնային կավիտացիայի արդյունքում առաջացած գրաֆիտից ադամանդի փոխակերպում: In: Diamond & Առնչվող նյութեր 17, 2008; էջ 931-936։
- Գալիմով, Էրիկ & Կուդինը, Ա. & Սկորոբոգացկի, Վ. & Պլոտնիչենկոն, Վ. & Բոնդարևը, Օ. & Զարուբինը, Բ. & Ստրազդովսկին, Վ. & Արոնին, Ալեքսանդր & Ֆիսենկոն, Ա. & Բիկովը, Ի. & Բարինով, Ա.. (2004): Կավիտացիայի գործընթացում ադամանդի սինթեզի փորձարարական հաստատում. Doklady Physics – DOKL PHYS. 49. 150-153 թթ.
- Turcheniuk, K., Trecazzi, C., Deeleepojananan, C., & Mochalin, VN (2016): Նանոադամանդի ուլտրաձայնային դեագրեգացիա՝ աղի օգնությամբ. ACS կիրառական նյութեր & Ինտերֆեյսներ, 8(38), 25461–25468։
- Basma H. Al-Tamimi, Iman I. Jabbar, Haitham M. Al-Tamimi (2919): Գրաֆիտի փաթիլներից նանոբյուրեղային ադամանդի սինթեզ և բնութագրում կավիտացիան խթանող գործընթացի միջոցով. Հելիոն, հատոր 5, թողարկում 5. 2019 թ.
- Կրյուգեր, Ա.: Նանոմաշտաբի ադամանդի կառուցվածքը և ռեակտիվությունը: In: J Mater Chem 18, 2008; էջ 1485-1492։
- Liang, Y.: Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mittels thermochemischer und mechanochemischer Methoden: Ատենախոսություն Julius-Maximilian-Universität Würzburg 2011 թ.
- Օսավա, Է.. Նանոադամանդի միայնակ մասնիկների մոնոդիսպերս. In: Pure Appl Chem 80/7, 2008; էջ 1365-1379։
- Պրամատարովա, Լ. և այլք. Բժշկական կիրառման համար պոլիմերային կոմպոզիտների առավելությունը պայթեցնող նանոադամանդի մասնիկներով: In: On Biomimetics; էջ 298-320։
- Արև, Լ. Գոնգ, Ջ. Ժու, Դ. Ժու, Զ. Նա, Ս.: Ադամանդի նանորոդներ ածխածնային նանոխողովակներից: In: Ընդլայնված նյութեր 16/2004. էջ 1849-1853 թթ.
- Suslick, KS: Kirk-Othmer Քիմիական տեխնոլոգիաների հանրագիտարան. 4-րդ հրատ. Ջ. Ուայլի & Որդիներ՝ Նյու Յորք; 26, 1998; էջ 517-541։
- Չիպարա, AC և այլք. Պոլիստիրոլում ցրված նանոադամանդի մասնիկների ջերմային հատկությունները: HESTEC 2010 թ.
- Էլ-Սայ, Կ.Մ. Նանոադամանդները որպես դեղերի առաքման համակարգ. Կիրառում և հեռանկար: J Appl Pharm Sci-ում 01/06, 2011; էջ 29-39։
նանոադամանդներ – Օգտագործում և հավելվածներ
Նանոադամանդի հատիկներն անկայուն են իրենց զետա-պոտենցիալի պատճառով: Այսպիսով, նրանք հակված են ագրեգատների ձևավորմանը: Նանոադամանդների ընդհանուր կիրառումը հղկող նյութերի, կտրող և փայլեցնող գործիքների և ջերմատախտակների մեջ օգտագործումն է: Մեկ այլ պոտենցիալ օգտագործումը նանոադամանդների կիրառումն է որպես դեղագործական ակտիվ բաղադրիչների համար դեղամիջոց կրող (տես Պրամատարովա): Ըստ ուլտրաձայնայինՆախ, նանոադամանդները կարող են սինթեզվել գրաֆիտից, և երկրորդը, նանոադամանդները, որոնք մեծապես հակված են ագլոմերացման, կարող են հավասարաչափ լինել ցրված հեղուկ միջավայրի մեջ (օրինակ՝ փայլեցնող նյութ ստեղծելու համար):