การสังเคราะห์สารอัลตราโซนิกของ Nanodiamonds

• เนื่องจากแรง cavitational เข้มข้นพลังงานอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มในการผลิตเพชร micron- และขนาดนาโนจากกราไฟท์
• ไมโครและนาโนผลึกเพชรสามารถสังเคราะห์ sonicating ระงับของกราไฟท์ในของเหลวอินทรีย์ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้อง
• อัลตราโซนิกยังเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการโพสต์ของเพชรสังเคราะห์นาโนเป็น ultrasonication กระจาย, deagglomerates และ functionalizes อนุภาคนาโนที่มีประสิทธิภาพมาก

Ultrasonics การรักษา Nanodiamond

Nanodiamonds (เพชรเรียกว่าระเบิด (DND) หรือเพชร ultradispersed (นปช)) เป็นรูปแบบพิเศษของวัสดุนาโนคาร์บอนโดดเด่นด้วยลักษณะเฉพาะเช่น - ของมัน ขัดแตะ โครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ พื้นผิวเช่นเดียวกับที่ไม่ซ้ำกัน ออปติคอล และ แม่เหล็ก คุณสมบัติ - และการใช้งานที่โดดเด่น คุณสมบัติของอนุภาค ultradispersed ทำให้วัสดุเหล่านี้สารประกอบที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับการสร้างวัสดุนวนิยายที่มีฟังก์ชั่นพิเศษ ขนาดของอนุภาคเพชรในเขม่าเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 5nm

ภายใต้กองกำลังที่รุนแรงเช่น sonication หรือระเบิด, กราไฟท์สามารถเปลี่ยนเป็นเพชร

ultrasonically สังเคราะห์ Nanodiamonds

การสังเคราะห์เพชรเป็นข้อมูลการวิจัยที่สำคัญเกี่ยวกับผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์และการค้า กระบวนการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการสังเคราะห์ไมโครผลึกและอนุภาคเพชรผลึกนาโนเป็นแรงดันสูงอุณหภูมิสูง (HPHT) เทคนิค โดยวิธีนี้ความดันกระบวนการที่จำเป็นของนับหมื่นของบรรยากาศและอุณหภูมิมากกว่า 2000K จะถูกสร้างขึ้นในการผลิตส่วนหลักของอุปทานทั่วโลกของเพชรอุตสาหกรรม สำหรับการเปลี่ยนแปลงของกราไฟท์เข้าเพชรในความกดดันสูงและอุณหภูมิสูงทั่วไปที่จำเป็นและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการเพิ่มผลผลิตของเพชร
ความต้องการเหล่านี้จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่สามารถสร้างขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการใช้งานของ ลตร้าซาวด์พลังงานสูง (= ความถี่ต่ำอัลตราซาวด์ความเข้มสูง):

อัลตราโซนิกโพรงอากาศ

อัลตราซาวนด์ในของเหลวทำให้เกิดผลในประเทศที่รุนแรงมาก เมื่อ sonicating ของเหลวที่ความเข้มสูงคลื่นเสียงที่เผยแพร่ในสื่อการเหลวส่งผลในการสลับแรงดันสูง (บีบอัด) และความดันต่ำ (เจือ) รอบที่มีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในช่วงวัฏจักรความดันต่ำ, ความเข้มสูงคลื่นอัลตราโซนิคสร้างฟองอากาศสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว เมื่อฟองบรรลุปริมาณที่พวกเขาไม่สามารถดูดซับพลังงานยุบพวกเขาอย่างรุนแรงระหว่างวงจรแรงดันสูง นี่คือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า โพรงอากาศ. ในระหว่างการระเบิดอุณหภูมิที่สูงมาก. (ประมาณ 5,000 K) และแรงกดดัน (ประมาณ. 2,000atm) จะมาถึงในประเทศ ระเบิดของฟองโพรงอากาศยังส่งผลในการ jets เหลวถึง 280m ความเร็ว / s (Suslick 1998) เป็นที่ชัดเจนว่าไมโครและ ผลึกนาโน เพชรสังเคราะห์อาจจะในด้านการอัลตราโซนิก โพรงอากาศ.

ขั้นตอนการอัลตราโซนิกสำหรับการสังเคราะห์ Nanodiamonds

พฤตินัยศึกษา Khachatryan et al, (2008) แสดงให้เห็นว่า microcrystals เพชรนอกจากนี้ยังสามารถสังเคราะห์โดย ultrasonication ของการระงับการไฟท์ในของเหลวอินทรีย์ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้อง ในฐานะที่เป็นของเหลวโพรงอากาศในสูตรของ oligomers หอมได้รับเลือกได้เนื่องจากความดันต่ำไออิ่มตัวและอุณหภูมิเดือดสูง ในของเหลวนี้พิเศษผงไฟท์บริสุทธิ์ – ที่มีอนุภาคในช่วงระหว่าง 100-200 ไมครอน - ถูกระงับ . ในการทดลองของ Kachatryan et al, ที่อัตราส่วนน้ำหนักของแข็งของเหลวเท่ากับ 1: 6, ความหนาแน่นของของเหลวโพรงอากาศเป็น 1.1g ซม.^-3 ที่ 25 ° C ความเข้มล้ำสูงสุด sonoreactor ได้รับ 75-80W ซม.^-2 สอดคล้องกับความกว้างของความดันเสียง 15-16 บาร์
มันได้รับการประสบความสำเร็จประมาณ 10% การแปลงไฟท์ต่อการเพชร เพชรเกือบ โมโนแยกย้ายกันไป ที่มีความคมชัดมากขนาดออกแบบมาอย่างดีในช่วง 6 หรือ0.5μm±9μmกับลูกบาศก์ แจ๋ว ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและ มีความบริสุทธิ์สูง.

ภาพ SEM ของเพชรสังเคราะห์ ultrasonically: ภาพ (ก) และ (ข) แสดงตัวอย่างชุดที่ 1 (ค) และ (ง) ชุดตัวอย่าง 2. [Khachatryan et al, 2008]

การ ค่าใช้จ่าย ของไมโครและ nanodiamonds ผลิตโดยวิธีการนี้คาดว่าจะ การแข่งขัน กับกระบวนการความดันสูงอุณหภูมิสูง (HPHT) นี้จะทำให้การอัลตราซาวนด์ทางเลือกใหม่สำหรับการสังเคราะห์ไมโครและ nanodiamonds นี้ (Khachatryan et al. 2008) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตของ nanodiamonds สามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยการสืบสวนต่อไป ปัจจัยหลายประการเช่นความกว้าง, ความดัน, อุณหภูมิ, ของเหลวโพรงอากาศและความเข้มข้นต้องถูกตรวจสอบอย่างถูกต้องที่จะค้นพบจุดหวานของการสังเคราะห์ nanodiamond อัลตราโซนิก
โดยผลสำเร็จในการสังเคราะห์ nanodiamonds สร้างเพิ่มเติม ultrasonically โพรงอากาศ มีศักยภาพในการสังเคราะห์สารประกอบที่สำคัญอื่น ๆ เช่นไนไตรด์ลูกบาศก์โบรอนไนไตรด์คาร์บอน ฯลฯ (Khachatryan et al. 2008)
ต่อไปก็น่าจะเป็นไปได้ที่จะสร้าง nanowires เพชรและแท่งนาโนจากหลายผนังท่อนาโนคาร์บอน (MWCNTs) ภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิก nanowires เพชร analogues หนึ่งมิติของเพชรจำนวนมาก เนื่องจากโมดูลัสยืดหยุ่นสูงอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและง่ายดายญาติที่พื้นผิวของมันสามารถฟังก์ชันเพชรได้รับพบว่ามีวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการออกแบบ nanomechanical (Sun et al. 2004)

อัลตราโซนิกกันไปของ Nanodiamonds

ตามที่อธิบายไว้อยู่แล้วว่า deagglomeration และการกระจายขนาดอนุภาคแม้ในระยะกลางที่จำเป็นสำหรับการแสวงหาผลประโยชน์ที่ประสบความสำเร็จในลักษณะที่ไม่ซ้ำกัน nanodiamonds’
การกระจายตัว และ deagglomeration โดย ultrasonication เป็นผลมาจากอัลตราโซนิก โพรงอากาศ. เมื่อเปิดเผยของเหลวไปอัลตราซาวนด์คลื่นเสียงที่เผยแพร่ในผลเหลวในการสลับแรงดันสูงและต่ำรอบดัน นี้ใช้ความเครียดเชิงกลในกองกำลังดึงดูดระหว่างอนุภาคของแต่ละบุคคล อัลตราโซนิกโพรงอากาศในของเหลวทำให้เกิด jets เหลวความเร็วสูงถึง 1000 กิโลเมตร / ชม. (ประมาณ 600mph) เครื่องบินไอพ่นดังกล่าวกดของเหลวที่ความดันสูงระหว่างอนุภาคและแยกออกจากกัน อนุภาคขนาดเล็กถูกเร่งด้วยเครื่องบินไอพ่นของเหลวและชนกันด้วยความเร็วสูง นี้จะทำให้การอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการกระจาย แต่ยังสำหรับ การโม่ ของไมครอนขนาดและอนุภาคไมครอนขนาดย่อย
ยกตัวอย่างเช่น nanodiamonds (ขนาดเฉลี่ยประมาณ 4nm) และสไตรีนสามารถกระจายตัวใน cyclohexane ที่จะได้รับคอมโพสิตพิเศษ ในการศึกษาของพวกเขา Chipara et al, (2010) ได้เตรียมคอมโพสิตของสไตรีนและ nanodiamonds มี nanodiamonds อยู่ในช่วงระหว่าง 0 และน้ำหนัก 25% เพื่อให้ได้แม้กระทั่ง การกระจายตัวพวกเขา sonicated แก้ปัญหาสำหรับ 60 นาทีกับ Hielscher ของ UIP1000hd (1kW)

ช่วย ultrasonically Functionalization ของ Nanodiamonds

สำหรับฟังก์ชันของพื้นผิวที่สมบูรณ์ของแต่ละอนุภาคขนาดนาโนที่พื้นผิวของอนุภาคจะต้องสามารถใช้ได้สำหรับการเกิดปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งหมายความว่าแม้และปรับการกระจายตัวจะต้องเป็นอนุภาคที่ดีแยกย้ายกันไปล้อมรอบด้วยชั้นขอบเขตของโมเลกุลดึงดูดให้พื้นผิวของอนุภาค ที่จะได้รับการทำงานเป็นกลุ่มใหม่เพื่อผิว nanodiamonds’ บริเวณชั้นนี้จะต้องมีการเสียหรือถูกลบออก กระบวนการของการแบ่งและการกำจัดของชั้นขอบเขตนี้สามารถดำเนินการโดย ultrasonics
อัลตราซาวนด์นำเข้าสู่ของเหลวสร้างผลกระทบที่รุนแรงต่างๆเช่น โพรงอากาศอุณหภูมิในประเทศสูงมากถึง 2000K และ jets เหลวถึง 1000 กิโลเมตร / ชั่วโมง (Suslick 1998) โดยความเครียดปัจจัยนี้กองกำลังดึงดูด (เช่นกองกำลัง Van der--Waals) สามารถเอาชนะและโมเลกุลของการทำงานจะดำเนินการกับพื้นผิวของอนุภาคที่จะ functionalize เช่น พื้นผิว nanodiamonds’

โครงการที่ 1: กราฟฟิคของในแหล่งกำเนิด-deagglomeration และฟังก์ชันพื้นผิวของ nanodiamonds (เหลียง 2011)

การทดลองกับลูกปัดช่วยโซนิคกัมมันตรังสี (basd) รักษาได้แสดงให้เห็นแนวโน้มผลสำหรับ funcionalization พื้นผิวของ nanodiamonds เช่นกัน ดังนั้นลูกปัด (เช่นไมโครขนาดลูกปัดเซรามิกเช่นลูกปัด ZrO2) ได้ถูกนำมาใช้ในการบังคับใช้อัลตราโซนิก cavitational กองกำลังเข้าสู่อนุภาค nanodiamond deagglomeration เกิดขึ้นเนื่องจากการปะทะกันระหว่าง interparticular อนุภาค nanodiamond และ ZrO₂ ประคำ
เนื่องจากความพร้อมที่ดีขึ้นของพื้นผิวอนุภาคสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีเช่นโบราณลด arylation หรือไซการรักษาก่อนอัลตราโซนิกหรือ basd (ลูกปัดช่วยสลายตัวโซนิค) เพื่อกระจายจุดประสงค์ขอแนะนำ โดยอัลตราโซนิก กระจาย และ deagglomeration ปฏิกิริยาทางเคมีสามารถดำเนินการมากขึ้นอย่างสมบูรณ์