A legkisebb, mindössze néhány nanométer széles gyémántokat széles körben használják szenzorokban és
A tudósok termesztési módszerről számolnak beultrahomogén nanogyémántok robbanóanyagok használata nélkül. Az új módszer második előnye, hogy az egyébként ideális gyémántokhoz hasznos monatomikus hibákat is hozzáadnak.
„Meglepő, hogy bár a gyémánt kémiailag elégegyszerű – ez egy elem, a szén – rendkívül nehéz ezt az anyagot nanométeres léptékben előállítani” – mondja Hao Yang, a projekt vezető kutatója.
A szénből gyémánt lesz, ha ennek az atomjaiaz elemek merev, háromdimenziós köbös mintázatban sorakoznak fel nagy nyomás és magas hőmérséklet mellett. A kutatók korábban nanogyémántokat hoztak létre a laboratóriumban egy robbanóanyag, például trinitrotoluol felrobbantásával egy lezárt rozsdamentes acél tartályban. A robbanás a robbanóanyagban lévő szenet apró gyémántrészecskékké változtatja. Ezt a módszert azonban nehéz ellenőrizni – magyarázzák a kutatók. Ezenkívül a keletkező kristályok mérete nem egyenletes, ezért külön lépésekre van szükség a szétválogatásukhoz.
A nanogyémántok előállításának pontosabb módszerének kidolgozása érdekében a tudósok a természet által használt „kémiát” tanulmányozták.
"Rájöttünk, hogy a gyémántok képződésének helye a Föld köpenyében sok vasat és vas-szén vegyületet tartalmaz, beleértve a karbidokat és karbonátokat" - mondja Yang.
És amikor a vas-karbid reagál a vas-oxiddal a kéreg és a felső köpeny között, gyémántok nőnek.
Ezzel a tudással felvértezve a tudósok fejlődtekkémiai folyamat a Föld felszíne alatt található litoszférikus környezet szimulálására. Ennek érdekében egységes méretű vas-karbid nanorészecskéket hoztak létre a gyémántok szénforrásaként. A részecskéket ezután nagy nyomású, magas hőmérsékletű környezetbe helyezték, hasonlóan a természetes gyémántok képződésének helyeihez. A vegyületek reakcióba léptek, ami nagyon homogén nanogyémántokat eredményezett.
Az új módszer lehetővé teszi szélességű kristályok létrehozásátcsak 2 nm, a köztük lévő különbségek kisebbek, mint egy nanométer. Korábban ilyen eredmények nem születtek. A tudósok azt állítják, hogy ez egy nagyságrenddel jobb, mint amennyit bárki megtehetne további szintetikus feldolgozási vagy tisztítási lépések nélkül.
Homogén, tökéletes nanogyémántok létrehozása -Ez önmagában jó dolog, mondják a kutatók, de ezek az anyagok még hasznosabbak lehetnek, ha hibáik vannak, például üres helyek a gyémánt szerkezetében. Ezeket az üregeket szén-, nitrogén-, szilícium-, nikkel- vagy más elem atomokkal lehet helyettesíteni. A beágyazott nem szénatomok enyhén színezik az anyagot, és „színközpontoknak” nevezik őket.
Hagyományosan gyémántbombázáshoz ésEzeknek az elemeknek a kristályszerkezetbe való beágyazásakor nagy energiájú atomsugarat, például nitrogént vagy szilíciumot használnak. Ezzel a módszerrel azonban nem lehet szabályozni, hogy egy-egy gyémánthoz hány színcentrumot adjunk, ezért utófeldolgozási lépésekre van szükség az egyatomos hibás kristályok előállításához. A tudósok úgy vélik, hogy az új módszerrel kifejleszthetik a módját, hogy a nanogyémántban jelenlévő több ezer szén közül csak egyet helyettesítsenek. Az egyetlen színközponttal rendelkező nanorészecskék nagyon kívánatosak, mivel biztonságosan tárolhatják az információkat kvantumszámítógépekben és távközlési eszközökben.
„Most megvan a tökéletes platformegyszínű központi nanogyémánt előállítására szolgáló módszer kidolgozása, amely áttörést jelent számos gyémánttal kapcsolatos technológia számára. De tágabb értelemben is lenyűgöző bemutató lenne, hogyan lehet irányítani egy atomot egy sokkal nagyobb szerkezetben” – mondja Yang.
Olvass tovább
"James Webb" a történelem legtisztább fotóját készítette egy sztárról
A moszkvai radiológusok mesterséges intelligenciával kapcsolatos fejlesztései a szövetségi szabványok alapjává váltak
A kvantumtöltés lehetővé teszi az elektromos járművek rekordnagyságú gyorstöltését