Компьютерная модель определяет идеальные условия для разработки наноалмазов

Nanodiamonds – крошечный кристаллический углерод обладают увлекательными химическими и поверхностными свойствами и обладают перспективными применениями в квантовых вычислениях, оптоэлектронике и медицине. Эти материалы измеряются в сотни тысяч раз меньше, чем одно зерно песка.

Углеродистая наночастица (слева) и ее чистый углеродный сердечник (справа) Синий: атомы углерода; красный: атомы кислорода; белый: алмазное семя; желтый: сеть чистого углерода, окружающая алмазное семя. (КРЕДИТ: Х. Бидо и Н. Пино)

Чтобы подделать эти наноскопические драгоценные камни, органические взрывчатые молекулы подвергаются интенсивным детонациям в контролируемой среде.

Однако эти взрывные силы не позволяют легко анализировать образование наноалмазов даже в лабораторных условиях.

В попытке разрешить это препятствие два французских исследователя придумали новую процедуру, а также компьютерную модель, которая способна имитировать крайне непредсказуемые условия взрывов на невероятно коротких временных масштабах.

Исследователи сообщили о своей работе в издании AIP Publishing Journal of Chemical Physics .

Понимание процессов, образующих наноалмазы, необходимо для контроля или даже настройки их свойств, что делает их намного лучше подходящими для конкретных целей. «

Ксавье Бидо, соавтор

Тип моделирования под названием «Реактивная молекулярная динамика» был использован Бидо и его соавтором Николя Пино

Это моделирование реплицирует временную эволюцию систем, которые являются сложными и химически реактивными вплоть до атомного уровня.

T Модель взаимодействия атомного уровня необходима, чтобы действительно понять, что происходит. Это дает нам интимный способ поэтапного анализа того, как богатые углеродом соединения могут образовывать наноалмазы в высокотемпературной высокотемпературной системе »

Николас Пино

Однако фактический экспериментальный анализ невозможен, поскольку детонация имеет экстремальные и быстротечные условия.

В результате ученые должны зависеть от моделирования на атомном уровне, которые демонстрируют, как и где именно происходит эта химия.

Модель демонстрирует, что образование наноалмазов требует деликатного баланса изменения давления и температуры.

Если начальное давление детонации очень низкое, образуются твердые частицы углерода – не алмазы.

С другой стороны, если давление детонации слишком велико, углеродные «семена» наноалмазов будут загрязнены азотом, кислородом или другими элементами, которые препятствуют переходу на алмаз.

На протяжении более пяти десятилетий исследователи знали, что детонации ответственны за образование наноалмазов.

Депонирование этого, в течение последних двух десятилетий, детали атомного уровня образования наноалмазов остались открытым вопросом.

Детонация богатых углеродом органических взрывчатых веществ является наиболее распространенным промышленным методом синтеза наноалмазов. Воздействие астероидов на Землю или взрывные вулканические извержения также могут привести к естественному образованию наноалмазов.

«Наша работа показывает, что правильный путь, по-видимому, является высоким начальным давлением, за которым следует резкое снижение давления, », заявил Бидо.

Исследование представляет собой гипотетическую часть более глобального проекта, поддерживаемого Французским национальным исследовательским агентством (ANR) с участием Французско-германского научно-исследовательского института Сент-Луиса (ISL) и Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии (CEA ).

Source link