폭이 몇 나노미터에 불과한 가장 작은 다이아몬드는 센서와
과학자 보고 재배 방법폭발물을 사용하지 않는 초균질 나노다이아몬드. 새로운 방법의 두 번째 장점은 이상적인 다이아몬드에 유용한 단원자 결함을 추가한다는 것입니다.
“다이아몬드가 화학적으로 상당히단순합니다. 하나의 요소인 탄소입니다. 나노미터 규모로 이 재료를 제작하는 것은 극히 어렵습니다.”라고 프로젝트의 수석 연구원인 Hao Yang이 말했습니다.
탄소는 이것의 원자가 다이아몬드가 될 때요소는 고압 및 고온 조건에서 단단한 3차원 입방체 패턴으로 정렬됩니다. 연구원들은 이전에 밀봉된 스테인리스 스틸 용기에서 트리니트로톨루엔과 같은 폭발물을 폭발시켜 실험실에서 나노다이아몬드를 생성했습니다. 폭발은 폭발 물질의 탄소를 작은 다이아몬드 입자로 바꿉니다. 그러나 이 방법은 제어하기 어렵다고 연구진은 설명합니다. 또한 생성된 결정은 크기가 균일하지 않아 분류를 위한 추가 단계가 필요합니다.
나노다이아몬드를 생산하는 보다 정확한 방법을 개발하기 위해 과학자들은 자연이 사용하는 "화학"을 연구했습니다.
“우리는 지구 맨틀에서 다이아몬드가 형성되는 장소에 탄화물과 탄산염을 포함한 철과 철-탄소 화합물이 많이 포함되어 있다는 것을 깨달았습니다.”라고 Yang은 말합니다.
그리고 탄화철이 지각과 상부 맨틀 사이의 산화철과 반응하면 다이아몬드가 자랍니다.
이러한 지식으로 무장한 과학자들은지구 표면 아래에서 발견되는 암석권 환경을 시뮬레이션하는 화학 공정입니다. 이를 위해 그들은 다이아몬드의 탄소원으로 균일한 크기의 탄화철 나노입자를 만들었습니다. 그런 다음 입자를 천연 다이아몬드가 형성되는 장소의 조건과 유사한 고압, 고온 환경에 배치했습니다. 화합물이 반응하여 매우 균질한 나노다이아몬드가 생성되었습니다.
새로운 방법을 사용하면 너비가 있는 결정을 만들 수 있습니다.나노미터 미만의 차이로 2nm에 불과합니다. 이전에는 이러한 결과를 얻지 못했습니다. 과학자들은 이것이 추가 합성 후 처리 또는 정제 단계 없이 할 수 있는 것보다 훨씬 더 낫다고 주장합니다.
균질하고 완벽한 나노다이아몬드 생성 -연구자들은 그 자체로는 좋은 일이지만 다이아몬드 구조의 빈 공간과 같은 결함이 있을 때 이러한 재료가 훨씬 더 유용할 수 있다고 말합니다. 이러한 공극은 탄소, 질소, 규소, 니켈 또는 다른 원소 원자로 대체될 수 있습니다. 내장된 비탄소 원자는 재료에 약간의 색상을 입히며 이를 "색상 중심"이라고 합니다.
전통적으로 다이아몬드 폭격과이러한 요소를 결정 구조에 포함하려면 질소 또는 실리콘과 같은 고에너지 원자 빔을 사용합니다. 그러나 이 방법은 단일 다이아몬드에 추가되는 색상 중심의 수를 제어할 수 없으므로 단일 원자 결함이 있는 결정을 생성하기 위한 후처리 단계가 필요합니다. 과학자들은 새로운 방법으로 나노다이아몬드에 존재하는 수천 개의 탄소 중 단 하나만을 대체하는 방법을 개발할 수 있다고 믿습니다. 색 중심이 하나뿐인 나노 입자는 양자 컴퓨터 및 통신 장치에 정보를 안전하게 저장할 수 있으므로 매우 바람직합니다.
"이제 우리는다이아몬드와 관련된 여러 기술의 돌파구인 단색 중심 나노다이아몬드 제조 방법의 개발. 그러나 또한 더 넓은 의미에서 훨씬 더 큰 구조에서 하나의 원자를 제어할 수 있는 방법에 대한 매혹적인 시연이 될 것입니다.”라고 Yang이 말했습니다.
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