Автор AZoNano 22 июня 2021 г.

Алмаз мог быть просто фазой, которую испытывает углерод, когда он подвергается воздействию высокой температуры, но это значительно упрощает реализацию .

Джеймс Тур, химик из лаборатории Университета Райса, смог «выделить» углерод с помощью фаз, содержащих полезные наноалмазы, путем тщательного регулирования процесса мгновенного джоулевого нагрева, разработанного исследователями 18 месяцев назад. Прежде всего, процесс может быть остановлен по желанию для получения предпочтительного продукта.

Команда под руководством Джеймса Тура и Вейинь Чена, аспиранта и ведущего автора исследования, обнаружила, что введение прекурсоров фтора и органических соединений фтора в элементарную сажу превращает последнюю в несколько труднодоступных аллотропов. , такие как фторированный концентрический углерод, фторированный турбостратный графен и фторированные наноалмазы при нагревании под действием тепла. Исследование было опубликовано в журнале Американского химического общества ACS Nano.

В процессе вспышки, который был запущен в 2020 году, мощный разряд электричества может преобразовать углерод практически из любого источника в нетронутые слои турбостратного графена за секунду. (Термин «Turbostratic» означает, что слои не сильно связаны друг с другом, что упрощает их изоляцию в растворе.)

Новое исследование показало, что продукты могут быть модифицированы или функционализированы одновременно. Продолжительность вспышки от 10 до 500 мс определяет окончательный аллотроп углерода. Тем не менее, проблема заключается в сохранении атомов фтора, поскольку экстремальные температуры вызывают улетучивание всех атомов, кроме углерода.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали тефлоновую трубку, запечатанную вольфрамовыми стержнями с высокой температурой плавления и графитовыми прокладками, которые могут удерживать реагент внутри и предотвращать потерю атомов фтора при сверхвысоких температурах. Тур добавил, что усиленная герметичная трубка имеет большое значение.

В промышленности мелкие алмазы давно используются в режущих инструментах и ​​в качестве электрических изоляторов . Фторированная версия здесь обеспечивает путь к модификации этих структур. И есть большой спрос на графен, в то время как фторированное семейство здесь производится в больших количествах .

Джеймс Тур, химик, Университет Райса

Наноалмазы представляют собой микроскопические кристаллы или области кристаллов, которые имеют такую ​​же решетку из атомов углерода, что и алмазы макро-размера. Наноалмазы, впервые обнаруженные в 1960-х годах, были созданы под действием высокого давления и тепла от взрывов.

За последние несколько лет ученые определили химические процессы, позволяющие создавать точно такие же решетки. Затем, в 2020 году, в отчете Бориса Якобсона, теоретика из Университета Райса, было описано, как фтор может помочь в создании наноалмазов без высокого давления, и лаборатория Тура продемонстрировала это, используя импульсные лазеры для преобразования тефлона во фторированный наноалмаз.

Наноалмазы вполне подходят для применения в электронике, потому что они могут быть легированы, чтобы действовать как широкозонные полупроводники – важнейшие компоненты в настоящем исследовании, проведенном Университетом Райса и Исследовательской лабораторией армии США.

Новый процесс упрощает легирование как для наноалмазов, так и для других аллотропов. «Рисовая лаборатория также изучает возможность использования азота, фосфора и бора в качестве добавок», – добавил Тур.

При продолжительном времени вспышки команда получила наноалмазы, интегрированные в концентрические оболочки из фторированного углерода. Значительно более длительная выдержка полностью превратила алмаз в раковины изнутри.

Конструкции с концентрическими оболочками использовались в качестве присадок к смазочным материалам, и этот метод мгновенного испарения может обеспечить недорогой и быстрый путь к этим образованиям .

Джеймс Тур, химик, Университет Райса

Соавторами исследования являются аспиранты Райс Джон Тианчи Ли, Чжэ Ван, Вала Алгозиб, Эмили МакХью, Кевин Висс, Пол Адвинкула, Джейкоб Бекхэм и Бо Цзян, ученый-исследователь Картер Киттрелл и выпускники Дуй Сюан Луонг и Майкл Стэнфорд.

Тур – это T.T. и W.F. Кафедра химии Чао, а также профессор компьютерных наук, материаловедения и наноинженерии в Университете Райса.

Ссылка на журнал:

Chen, W., и др. . (2021) Сверхбыстрая и контролируемая эволюция фазы за счет мгновенного джоулева нагрева. САУ Нано . doi.org/10.1021/acsnano.1c03536.

Источник: https://www.rice.edu/[19459008visible