Síntesis ultrasónica nanodiamantes

• Nu'bya ár intensa nzafi ar cavitación, ultrasonido nts'edi ge 'nar nt'o̲t'e prometedora pa producir diamantes tamaño micrométrico ne nanométrico a partir de grafito.
• Ya diamantes micro ne nanocristalinos xi sintetizar bí sonicando 'nar suspensión grafito jar líquido orgánico presión atmosférica ne mpat'i ambiente.
• Ya ultrasonidos 'nehe ge 'nar herramienta útil da posprocesamiento ya nanodiamantes sintetizados, ya ke ar ultrasonicación dispersa, desaglomera ne funcionaliza ya nanopartículas ya nt'ot'e xi na hño.

Ultrasonidos pa ar nt'ot'e ko nanodiamantes

Ya nanodiamantes ('nehe llamados diamantes detonación (DND) wa diamantes ultradispersos (UDD)) ge 'nar dets'e hontho nanomateriales carbono da distinguen ya características únicas, ngu ár enrejado estructura, ár Nar dätä hño Superficie, nja'bu̲ Honja único óptico y magnético propiedades ne aplicaciones excepcionales. Ya propiedades ya partículas ultradispersas o̲t'e nuya materiales compuestos innovadores da creación ya 'ra'yo materiales ko ya 'befi 'mefa. Tamaño ya partículas diamante ja ar hollín ar aproximadamente 5 nm.

Jár ndu nzafi hmä, komongu ar sonicación wa ar detonación, ar grafito to transformar ar jar diamante.

Nanodiamantes sintetizados ya ultrasonidos

Síntesis diamantes ge 'nar mahyoni hwähi nthoni jar nä'ä ir nge ya 'nai científicos ne comerciales. Ar proceso comúnmente utilizado pa ar síntesis partículas ar diamante microcristalinas ne nanocristalinas ge ar técnica mextha presión-alta mpat'i (HPHT). Ir nge nuna nt'ot'e, bí genera ar presión ar proceso requerida ar decenas miles atmósferas ne temperaturas nä'ä 2000 ë pa producir ar xeni principal suministro jar nxoge ximhai diamante industrial. Ar transformación ar grafito diamante, pa da general ar requieren altas ar presiones ne ar altas ar temperaturas, ne bí utilizan catalizadores pa aumentar ar rendimiento ar diamante.
Nuya requisitos mahyoni pa ar transformación ar xi generar ar bí xi nt'ot'e xi hño ir nge njapu'befi ar Ultrasonido alta ir nge (= ultrasonido baja frecuencia ne mextha intensidad):

cavitación ultrasónica

Ya ultrasonidos líquidos causan localmente ya efectos xi extremos. Nu'bu̲ ar sonican líquidos da altas ya intensidades, ya ondas sonoras da propagan jar made líquido gi lugar da ciclos alternos mextha presión (compresión) ne xí hñets'i'i presión (rarefacción), ko tasas da dependen ar frecuencia. Nxoge ar ciclo xí hñets'i'i ya presión, ya ondas ultrasónicas mextha intensidad crean t'olo burbujas vacío wa vacíos ja ar líquido. Nu'bu̲ ya burbujas alcanzan volumen ja ya hingi xi absorber energía, colapsan violentamente Nxoge 'nar ciclo mextha ar presión. Nuna ar fenómeno ar denomina cavitación. Nxoge ar implosión ar alcanzan localmente temperaturas xi altas (aprox. 5.000 ë) ne presiones (aprox. 2.000 atm). Ar implosión ar burbuja cavitación 'nehe xta lugar da chorros líquido asta 280 m/s ar velocidad. (Suslick 1998) Es obvio da ya micro ne Nano-cristalino Ya diamantes xi sintetizar ar jar hwähi ya ultrasonidos cavitación.

Nt'ot'e ultrasónico pa ar síntesis nanodiamantes

Ar hecho, ar estudio Khachatryan et jar ar. (2008) gi 'ñudi ne ya microcristales diamante 'nehe xi sintetizar ar ir nge ar ultrasonicación 'nar suspensión grafito jar líquido orgánico presión atmosférica ne mpat'i ambiente. Komongu ar fluido cavitación, ar xi elegido 'nar fórmula oligómeros aromáticos nu'bya xí hñets'i'i ár presión vapor saturado ne ár mextha mpat'i ebullición. Jar nuna líquido, polvo hontho grafito binu – con partículas en el rango entre 100-200 μm, se ha suspendido. Ja ya experimentos Kachatryan et jar el., ar nthe be̲xu yá líquido sólido-fluido bí 1:6, ar densidad ar fluido cavitación bí 1,1 ar g cm^-3 a 25°C. Ar intensidad ultrasónica máxima ja ar sonorreactor ge ar 75 — 80W cm^-2 correspondiente ja 'nar amplitud presión sonora 15 — 16 bar.
Ar xi logrado 'nar conversión aproximadamente ar 10% ar grafito da diamante. Ya diamantes mi kasu̲ monodisperso con un tamaño muy afilado y bien diseñado en el rango de 6 o 9 μm ± 0,5 μm, con cristalino morfología ne Mextha pureza.

Imágenes SEM ja ya diamantes sintetizados ya ultrasonidos: ya imágenes (a) ne (b) muestran ar serie muestras 1, (c) ne (d) ar serie muestras 2. [Khachatryan et jar el. 2008]

Ar costos micro ne nanodiamantes producidos ir nge nuna ar nt'ot'e da estima nä'ä competitivo ko ar proceso mextha presión-alta mpat'i (HPHT). 'Me̲hna thogi ne ya ultrasonidos 'bu̲hu̲ 'nar alternativa innovadora da síntesis ya micro ne ya nanodiamantes (Khachatryan et jar el. 2008), hontho ngetho proceso producción nanodiamantes to optimizar ar ir nge ya investigaciones Nthuts'i. Xingu parámetros, komongu ar amplitud, ar presión, ar mpat'i, ar fluido ar cavitación ne ar concentración, tsa examinar ar ko precisión pa descubrir punto óptimo síntesis ultrasónica nanodiamantes.
Jamädi ya resultados obtenidos ar síntesis nanodiamantes, generados ya ultrasonidos cavitación ofrece ár hne pa ar síntesis ya compuestos mahyoni, komongu ar nitruro boro cúbico, nitruro carbono, etcétera (Khachatryan et jar el. 2008)
'Nehe, mä to ar tsa̲ da t'ot'e nanocables ne nanovarillas diamante a partir de nanotubos carbono ora Jot'i múltiple (MWCNT) jár irradiación ultrasónica. Ya nanocables diamante ya análogos unidimensionales ar diamante da granel. Nu'bya ár mar hñets'i módulo elástico, nthe resistencia-peso ne ár ir nge facilidad ko dá nä'ä bí xi funcionalizar yá superficies, ar xi descubierto ne ar diamante xí hñei óptimo pa diseños nanomecánicos. (Sun et jar el. 2004)

Dispersión ultrasónica nanodiamantes

Komo ya ar xi descrito, ar desaglomeración ne ar NTHEGE uniforme tamaño partícula jar ar nt'uni ya esenciales pa explotación exitosa ya características únicas ya nanodiamantes.
dispersión y desaglomeración ya ultrasonidos ge ar nt'uni ar ar cavitación. Ya ar exponer líquidos ma ultrasonidos, ya ondas sonoras da propagan jar ar líquido gi komongu ar nt'uni ciclos alternos mextha ne xí hñets'i'i presión. 'Me̲hna t'uni 'nar tensión mecánica dige ya ndu atracción ja ya partículas Nthuts'i. Cavitación ultrasónica jar líquidos provoca chorros líquido ma mextha velocidad asta 1000 km yá h (aprox. 600 mph). Hmä ar chorros presionan ar líquido mextha presión ja ya partículas ne ya separan entre hä. Ya partículas mäs t'olo aceleran ko ya chorros líquido ne chocan altas ar velocidades. 'Me̲hna thogi ne ya ultrasonidos 'bu̲hu̲ 'nar nt'uni xi hño pa ár dispersión, pe 'nehe pa ar molienda ar partículas tamaño micrométrico ne submicrométrico
Ngu, ya nanodiamantes (ko 'nar tamaño made 4 'ra nm) ne ar poliestireno xi dispersar ar jar ciclohexano da uni 'nar compuesto hontho. Ja ár estudio, Chipara et jar ar. (2010) xi preparado compuestos ar poliestireno ne ar nanodiamantes, da contienen nanodiamantes ja 'nar rango entre 0 ne 25% jar be̲xu. Da uni 'nar dispersión, sonicaron ár njäts'i Nxoge 60 t'olo ora ko ar UIP1000hd (1kW).

Funcionalización asistida ya ultrasonidos nanodiamantes

Pa ar funcionalización superficie nxo̲ge ya partícula tamaño nanométrico, ar superficie ar partícula gi 'bu̲i disponible pa ar reacción química. 'Me̲hna ir bo̲ni ke ar requiere 'nar dispersión uniforme ne ya fina, ya da partículas ya hño dispersas gi rodeadas ir nge 'nar capa límite moléculas atraídas ir nge ar superficie ar partícula. Pa da ya 'ra'yo Hmunts'i funcionales lleguen da superficie ya nanodiamantes, nuna capa límite da romper ar wa da hñäki da. Nuna proceso rotura ne eliminación ar capa límite to ga OT'UJE ar ir nge ya ultrasonidos.
Ya ultrasonidos introducidos ar líquido generan yá efectos extremos, tales ngu: cavitación, localmente xi mextha mpat'i asta 2000 ë ne chorros líquido asta 1000 km yá h. (Suslick 1998) ir nge nuya factores estrés, ya ndu atracción (nt'udi, ya ndu nzafi ar da — der — Waals) xi da superadas ne ya moléculas funcionales ya llevadas bí superficie ar partícula pa funcionalizar, ngu, superficie ya nanodiamantes.

Esquema 1: Gráfico ar desaglomeración in situ ne funcionalización superficial nanodiamantes (Liang 2011)

Ya experimentos ko ar nt'ot'e ya desintegración sónica asistida ya perlas (BASD) 'nehe ar xi mostrado resultados prometedores pa ar funcionalización ar superficie ya nanodiamantes. Ar nuna modo, ar xi utilizado perlas (nt'udi, perlas ar cerámica tamaño micro komongu ya perlas ZrO2) pa reforzar ar ultrasonido cavitacional ndu nzafi dige ya partículas nanodiamante. Ar desaglomeración ar produce nu'bya colisión interparticular ja ya partículas nanodiamante ne ar ZrO₂ perlas.
Nu'bya ar mäs xi hño disponibilidad ar superficie ya partículas, pa reacciones químicas komongu ar reducción, ar arilación wa ar silanización Boran, ar recomienda encarecidamente 'nar pretratamiento ultrasónico wa BASD (disgregación sónica asistida ya perlas) ko ar ngäts'i ar dispersión. Ya ultrasonidos Dispersión y desaglomeración Reacción ar química ar tsa̲ da proceder ya nt'ot'e xingu mäs nxo̲ge.