Най-малките диаманти, широки само няколко нанометра, се използват широко в сензори и
Учените съобщават за метода на култивиранеултрахомогенни нанодиаманти без използване на експлозиви. Второто предимство на новия метод е добавянето на полезни едноатомни дефекти към иначе идеалните диаманти.
„Изненадващо е, че въпреки че диамантът е химически достапросто - това е един елемент, въглерод - изключително трудно е да се произведе този материал в нанометров мащаб", казва Хао Янг, главният изследовател на проекта.
Въглеродът се превръща в диамант, когато атомите на товаелементите се подреждат в твърд триизмерен кубичен модел при условия на високо налягане и висока температура. Преди това изследователите са създали нанодиаманти в лабораторията чрез детониране на експлозив като тринитротолуен в запечатан контейнер от неръждаема стомана. Експлозията превръща въглерода във взривния материал в малки диамантени частици. Този метод обаче е труден за контрол, обясняват изследователите. Освен това получените кристали не са еднакви по размер, което изисква допълнителни стъпки за сортирането им.
За да разработят по-прецизен начин за производство на нанодиаманти, учените изследваха „химията“, която природата използва.
„Разбрахме, че местата, където се образуват диаманти в земната мантия, съдържат много желязо и желязо-въглеродни съединения, включително карбиди и карбонати“, казва Янг.
И когато железният карбид реагира с железния оксид между кората и горната мантия, диамантите растат.
Въоръжени с това знание учените разработихахимичен процес за симулиране на литосферната среда, открита под повърхността на Земята. За да направят това, те създадоха еднакви по размер наночастици железен карбид като източник на въглерод за диаманти. След това частиците бяха поставени в среда с високо налягане и висока температура, подобна на условията на местата, където се образуват естествени диаманти. Съединенията реагираха, което доведе до много хомогенни нанодиаманти.
Новият метод ви позволява да създавате кристали с ширинасамо 2 nm с разлики между тях по-малко от нанометър. По-рано такива резултати не са били получавани. Учените твърдят, че това е с порядък по-добре, отколкото всеки може да направи без допълнителна постсинтетична обработка или стъпки за пречистване.
Създаване на хомогенни, перфектни нанодиаманти -Това само по себе си е нещо добро, казват изследователите, но тези материали могат да бъдат още по-полезни, когато имат дефекти, като например празни пространства в структурата на диаманта. Тези кухини могат да бъдат заменени с атоми на въглерод, азот, силиций, никел или друг елемент. Вградените невъглеродни атоми леко оцветяват материала и се наричат „цветни центрове“.
Традиционно за диамантено бомбардиране иВграждането на тези елементи в кристалната структура използва високоенергиен лъч от атоми като азот или силиций. Този метод обаче не може да контролира колко цветни центрове се добавят към един диамант, което изисква стъпки за последваща обработка за получаване на кристали с дефект с един атом. Учените вярват, че с новия метод биха могли да разработят начин да заменят само един от хилядите въглеродни атоми, присъстващи в нанодиамант. Наночастиците само с един цветен център са много желателни, тъй като могат сигурно да съхраняват информация в квантови компютри и телекомуникационни устройства.
„Сега имаме перфектната платформа заразработване на метод за производство на едноцветен централен нанодиамант, което е пробив за редица технологии, свързани с диамантите. Но също така, в по-широк смисъл, това би било завладяваща демонстрация как можете да контролирате един атом в много по-голяма структура“, казва Янг.
Прочетете още
"Джеймс Уеб" направи най-ясната снимка на звезда в историята
Разработките на московските рентгенолози по AI станаха основата на федералните стандарти
Квантовото зареждане ще позволи рекордно бързо зареждане на електрически превозни средства