Najmenšie diamanty so šírkou len niekoľko nanometrov sú široko používané v senzoroch a
Vedci uvádzajú metódu kultivácieultrahomogénne nanodiamanty bez použitia výbušnín. Druhou výhodou novej metódy je pridanie užitočných monatomických defektov k inak ideálnym diamantom.
„Je prekvapujúce, že aj keď je diamant chemicky celkomjednoduché – je to jeden prvok, uhlík – je mimoriadne ťažké vyrobiť tento materiál v nanometrovej mierke,“ hovorí Hao Yang, hlavný riešiteľ projektu.
Uhlík sa stáva diamantom, keď atómy tohtoprvky sú usporiadané do pevného trojrozmerného kubického vzoru v podmienkach vysokého tlaku a vysokej teploty. Výskumníci už predtým vytvorili nanodiamanty v laboratóriu odpálením výbušniny, ako je trinitrotoluén, v zapečatenej nádobe z nehrdzavejúcej ocele. Výbuch premení uhlík vo výbušnom materiáli na drobné diamantové častice. Táto metóda je však ťažko kontrolovateľná, vysvetľujú vedci. Okrem toho výsledné kryštály nemajú jednotnú veľkosť, čo si vyžaduje ďalšie kroky na ich triedenie.
S cieľom vyvinúť presnejší spôsob výroby nanodiamantov vedci študovali "chémiu", ktorú používapríroda.
"Uvedomili sme si, že miesta, kde sa tvoria diamanty v zemskom plášti, obsahujúveľa zlúčenín železa a železa a uhlíka, vrátane karbidov a uhličitanov," hovoríYang.
A keď karbid železa reaguje s oxidom železa medzi kôrou a horným plášťom, diamanty rastú.
Vyzbrojení týmito poznatkami vyvinuli vedci chemický proces, ktorý napodobňuje litosférické prostredie pod zemským povrchom.Za týmto účelom vytvorili nanočastice karbidu železa rovnakej veľkosti ako zdroj uhlíka pre diamanty.Častice boli potom umiestnené vo vysokotlakovom prostredí s vysokou teplotou, podobnom tým, ktoré sa nachádzajú na miestach, kde sa tvoria prírodné diamanty.Zlúčeniny reagovali a výsledkom boli veľmi homogénne nanodiamanty.
Nová metóda umožňuje vytvárať kryštály so šírkouiba 2 nm s rozdielmi medzi nimi menšími ako nanometer. Predtým sa takéto výsledky nedosiahli. Vedci tvrdia, že je to rádovo lepšie, než ktokoľvek môže urobiť bez dodatočného postsyntetického spracovania alebo čistenia.
Veria, že vytváranie homogénnych, dokonalých nanodiamantov je samo o sebe dobrá vecvýskumníci, ale tieto materiály môžu byť ešte užitočnejšie, keď majú chyby, ako sú prázdne medzery v štruktúre diamantu.Tieto dutiny môžu byť nahradené atómami uhlíka, dusíka, kremíka, niklu alebo iného prvku.Vložené neuhlíkové atómy ľahko farbia materiál, nazývajú sa "farebné centrá".
Tradične na bombardovanie diamantmi aVloženie týchto prvkov do kryštálovej štruktúry využíva vysokoenergetický lúč atómov, ako je dusík alebo kremík. Táto metóda však nemôže kontrolovať, koľko farebných centier sa pridá do jedného diamantu, čo si vyžaduje kroky následného spracovania na výrobu kryštálov s defektom jedného atómu. Vedci veria, že s novou metódou by mohli vyvinúť spôsob, ako nahradiť len jeden z tisícov uhlíkov prítomných v nanodiamantoch. Nanočastice s iba jedným farebným stredom sú veľmi žiaduce, pretože môžu bezpečne uchovávať informácie v kvantových počítačoch a telekomunikačných zariadeniach.
„Teraz máme perfektnú platformuvývoj metódy výroby jednofarebného centrálneho nanodiamantu, ktorý je prelomový pre množstvo technológií súvisiacich s diamantmi. Ale v širšom zmysle by to bola fascinujúca ukážka toho, ako môžete ovládať jeden atóm v oveľa väčšej štruktúre, “hovorí Yang.
Čítaj viac
"James Webb" urobil najjasnejšiu fotografiu hviezdy v histórii
Vývoj moskovských rádiológov v oblasti AI sa stal základom federálnych noriem
Kvantové nabíjanie umožní rekordne rýchle nabíjanie elektromobilov