RU2348580C1 - Наноалмаз и способ его получения - Google Patents
Наноалмаз и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348580C1 RU2348580C1 RU2007118527/15A RU2007118527A RU2348580C1 RU 2348580 C1 RU2348580 C1 RU 2348580C1 RU 2007118527/15 A RU2007118527/15 A RU 2007118527/15A RU 2007118527 A RU2007118527 A RU 2007118527A RU 2348580 C1 RU2348580 C1 RU 2348580C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- oxygen
- nanodiamond
- detonation
- phase
- Prior art date
Links
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 107
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 103
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims abstract description 57
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 22
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 43
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 35
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical group CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000015 trinitrotoluene Substances 0.000 description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 XTFIVUDBNACUBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 21
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 18
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 14
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 description 9
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N monobenzene Natural products C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000028 HMX Substances 0.000 description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 6
- -1 hydroxy carboxyl functional groups Chemical group 0.000 description 6
- UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N octogen Chemical compound [O-][N+](=O)N1CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)CN([N+]([O-])=O)C1 UZGLIIJVICEWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N adamantane Chemical compound C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 3
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethylhydrazine Chemical compound CNNC DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MKWKGRNINWTHMC-UHFFFAOYSA-N 4,5,6-trinitrobenzene-1,2,3-triamine Chemical compound NC1=C(N)C([N+]([O-])=O)=C([N+]([O-])=O)C([N+]([O-])=O)=C1N MKWKGRNINWTHMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CXWXQJXEFPUFDZ-UHFFFAOYSA-N tetraline Natural products C1=CC=C2CCCCC2=C1 CXWXQJXEFPUFDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 2-(3,4-dimethoxyphenyl)-5-hydroxy-7-methoxychromen-4-one Chemical compound C=1C(OC)=CC(O)=C(C(C=2)=O)C=1OC=2C1=CC=C(OC)C(OC)=C1 HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical class CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFKMVGJGLGKFKI-UHFFFAOYSA-N 4-chloro-m-cresol Chemical compound CC1=CC(O)=CC=C1Cl CFKMVGJGLGKFKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXWBUTGTXGTZDE-UHFFFAOYSA-N CNNC.CNNC Chemical compound CNNC.CNNC FXWBUTGTXGTZDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- RUFCHGDAXZNMHC-UHFFFAOYSA-N NC(=O)N.N.N.N Chemical compound NC(=O)N.N.N.N RUFCHGDAXZNMHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000004996 alkyl benzenes Chemical class 0.000 description 1
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N alpha-methyl toluene Natural products CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N anhydrous n-heptane Natural products CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 1
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-M hydroperoxide group Chemical group [O-]O MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ORTFAQDWJHRMNX-UHFFFAOYSA-N hydroxidooxidocarbon(.) Chemical compound O[C]=O ORTFAQDWJHRMNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 125000000686 lactone group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Chemical class 0.000 description 1
- 239000002184 metal Chemical class 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N vertaline Natural products C1C2C=3C=C(OC)C(OC)=CC=3OC(C=C3)=CC=C3CCC(=O)OC1CC1N2CCCC1 PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химии углерода и может быть использовано при изготовлении полировально-финишных композиций, пленочных покрытий, радиационно-стойких материалов. Углеродсодержащее взрывчатое вещество с отрицательным кислородным балансом помещают в оболочку из конденсированной фазы, содержащей восстановитель. Массовое соотношение восстановителя и углеродсодержащего взрывчатого вещества не менее 0,01:1. Осуществляют детонацию в замкнутом объеме в газовой среде, инертной к углероду. Продукт детонации обрабатывают 2-40%-ной водной азотной кислотой совместно с кислородом сжатого воздуха при температуре 200-280°С и давлении 5-15 МПа. Полученный наноалмаз содержит углерод в виде алмазной кубической модификации и в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) мас.% соответственно. Элементный состав наноалмаза, мас.%: углерод 90,2-98,0; водород 0,1-5,0; азот 1,5-3,0; кислород 0,1-4,5. Изобретение позволяет повысить безопасность процесса, получить наноалмаз с прогнозируемыми свойствами в промышленном объеме. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к области неорганической химии углерода, а именно к алмазной модификации углерода - наноалмазам, обладающим свойствами сверхтвердого материала, и способу их получения, в частности, с помощью детонационного синтеза из углеродсодержащих взрывчатых смесей с последующим выделением наноалмаза с помощью химических методов.
Предшествующий уровень техники
Известны различные композиционные материалы, получаемые способами детонационного синтеза из углеродсодержащих взрывчатых веществ и содержащие углерод в различных фазах.
Наноалмаз образуется при детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом в специальной среде в условиях, позволяющих ему сохраниться.
Наноалмаз представляет собой индивидуальные частицы размером от 2 до 20 нм, агрегатированные, как правило, в более крупные ансамбли частиц. Вследствие своих наноразмеров наноалмаз имеет высокую дисперсность, наличие дефектов поверхностных структур частицы и, как следствие вышеперечисленного, активную поверхность. Эти характеристики могут варьироваться в достаточно широких пределах в зависимости от условий получения наноалмаза.
Специалистам в области химии углерода широко известен уже более 20-ти лет композиционный материал наноалмаз классического элементного состава, содержащий в основном углерод в кубической алмазной фазе при следующем содержании элементов, мас.%: углерод - 72-90; водород - 0,6-1,5; азот - 1,0-4,5 и кислород - 4-25; и способы его получения (Волков К.В., Даниленко В.В., Елин В.И. Синтез алмаза из углерода продуктов детонации ВВ. Физика горения и взрыва. 1990, т.26, №3, с.123-125; Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П. и др. Получение алмазов из взрывчатых веществ, ДАН СССР, 1988, т.302, с.611-613; Greiner N.R., Phillips D.S.. Johnson F.J.D. Diamonds in detonation soot. Nature, 1988, vol. 333, p.440-442; Петров B.A., Сакович Г.В., Брыляков П.М. Условия сохранения алмазов в процессе детонационного получения, ДАН СССР, 1990, т.313, №4, с.862-864; В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии, 2001, т.70 (7), с.687-708; В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003, 344 с.).
Свойства классического наноалмаза достаточно полно описаны (В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии, 2001, т.70 (7), с.687-708; В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, Санкт-Петербург, СПбПУ, 2003, 344 с.; ЕР, 1288162, А2,).
Специалистам в области химии углерода известен также конденсированный углерод (далее КУ), представляющий собой композиционный углеродный материал, содержащий углерод в различных модификациях и при этом, в зависимости от условий детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ, содержащий или не содержащий углерод в кубической алмазной фазе.
Такой КУ может быть получен при детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом в специальной среде в условиях, позволяющих сохранить конденсированные углеродные продукты взрыва (Лямкин А.И., Петров Е.А., Ершов А.П. и др. Получение алмазов из взрывчатых веществ, ДАН СССР, 1988, т.302, с.611-613; Greiner N.R., Phillips D.S., Johnson F.J.D. Diamonds in detonation soot. Nature, 1988, vol. 333, p.440-442; Петров В.А., Сакович Г.В., Брыляков П.М. Условия сохранения алмазов в процессе детонационного получения, ДАН СССР, 1990, т.313, №4, с.862-864; В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. Успехи химии, 2001 т.70 (7), с.687-708; В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003, 344 с.).
Известно, что способ получения КУ может включать подрыв заряда углеродсодержащего взрывчатого вещества в различной среде, например:
- в газовой среде, инертной к углероду, например, в среде азота, углекислого газа, газообразных продуктов предыдущих подрывов (US, 5916955, C1);
- в водяной пене (Петров В.А., Сакович Г.В., Брыляков П.М. Условия сохранения алмазов в процессе детонационного получения, ДАН СССР, 1990, т.313, №4, с.862-964);
- при орошении заряда водой (RU, 2036835, C1);
- в водяной оболочке (US, 5353708, C1);
- во льду (RU, 2230702, C1).
Из существующих способов подрыва углеродсодержащих взрывчатых веществ наиболее эффективным с точки зрения выхода КУ и собственно алмазной модификации является подрыв заряда в водяной или ледяной оболочке (В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза, Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003, 344 с.; RU, 2230702, С).
При этом полученный КУ представляет собой нанодисперсный углеродсодержащий порошок, обладающий специфическими свойствами и структурой. Например, КУ отличается высокой дисперсностью, большой удельной поверхностью, наличием образовавшихся дефектных углеродных структур, повышенной реакционной способностью.
Известен синтетический алмаз-углеродный материал (US, 5861349, А), состоящий в основном из сгруппированных круглых и неправильной формы частиц в диапазоне диаметров, не превышающем 0,1 µ, в котором:
a) элементный состав, мас.%: углерод от 75,0 до 90,0; водород от 0,8 до 1,5; азот от 0,8 до 4,5; кислород - до баланса;
b) фазовый состав, мас.%; аморфный углерод от 10 до 30, алмаз кубической модификации - до баланса;
c) пористая структура материала, имеющая поры объемом 0,6-1,0 см3/грамм;
d) поверхность материала с наличием на 10-20% поверхности метильных, нитритных, первичных и вторичных гидроксильных групп, имеющих различные химические сдвиги в области спектра ядерного магнитного резонанса и одну или более оксикарбоксильных функциональных групп, выбранных из группы, состоящей из карбонильных групп, карбоксильных групп, гуиноновых групп, гидропероксидных групп и лактоновых групп на 1-2% поверхности материала, связанных с атомами углерода некомпенсированными связями; и
e) специальная поверхность от 200 до 450 gM2/g.
При этом указанный материал получают способом детонационного синтеза в закрытом объеме взрывчатого заряда, содержащего в основном углеродсодержащее взрывчатое вещество или смесь таких веществ, имеющего отрицательный кислородный баланс, при этом детонация заряда инициируется в присутствии частиц углерода в концентрации от 0,01 до 0,015 kg/m3 в среде, состоящей из кислорода от около 0,1 до 6% по объему и газа, инертного к углероду, при температуре от 303 до 363 К. (US, 5861349, А). Способ осуществляют в камере давления с зарядом, имеющим отрицательный кислородный баланс и состоящим в основном из, по меньшей мере, одного углеродсодержащего твердого взрывчатого вещества.
На 10-20% поверхности материала находятся метил-, нитрил-, первичная и вторичная гидроксильная группа, а также оксикарбоксильная и функциональные группы общей формулы O.dbd.R, где R - этот.dbd.COH,.dbd.COOH,.dbd.C.положение 6Н. положение.4 или другие их комбинации, кроме того, 1-2% поверхности материала занято углеродными атомами с некомпенсированными связями.
При этом параметр - постоянная кристаллической решетки - составляет а0=0,3562±0,0004 нм, содержание несгораемых примесей составляет от 0,1 до 5,0 мас.%.
При этом в полученном материале рентгеноаморфная фаза полученного материала не содержит графита.
Кислородсодержащие функциональные группы, как правило, являются производными более разнообразных поверхностных углеродных структур, включая алифатические, алициклические и ароматические. На поверхности полученного материала были идентифицированы как лактон.dbd.COOCO-, хинон.O.dbd.C пол.6H.перол.4H.dbd.O, так и гидропероксид.dbd.COOOH группы. Общее количество кислородсодержащих поверхностных групп заняло от 10 до 20% поверхности образца.
Однако указанный выше способ получения алмаз-углеродного материала имеет низкий выход алмаз-углеродного материала - 3,1-5,1 мас.% и при этом не позволяет получить материал с высокой эффективностью высокого качества, так как из-за низкого содержания важнейшего в алмаз-углеродном материале элемента - углерода - получаемый продукт содержит большое количество гетероатомов, в основном, кислорода, присутствующего в виде лактонных, эфирных и альдегидных групп, что приводит к слишком высокой химической активности алмаз-углеродного материала. Это обстоятельство увеличивает вероятность деструктивных процессов в композициях с использованием алмаз-углеродного материала, например, в полимерных и масляных композициях, особенно при повышенных рабочих температурах.
Низкое (от 9.1 до 58,4 мас.%) содержание в получаемом конденсированном углероде основного компонента наноалмаза - алмаза кубической модификации - усложняет последующую химическую очистку наноалмаза. При этом свойства наноалмазов ухудшены из-за значительного, ~2,3 мас.%, количества несгораемых примесей в химически очищенном наноалмазе.
Кроме того, в указанном выше патенте (US, 5861349, А) приведен способ получения материала с использованием только одного состава взрывчатого вещества - смеси тротил с гесксогеном в соотношении 60/40 соответственно, что не позволяет оценить все преимущества описанного выше способа получения алмаз-углеродных материалов.
Известен способ очистки наноалмазов, полученных способом детонационного синтеза с последующей очисткой от примесей (RU, 2109683, А) путем двухстадийной обработки продуктов детонации водным раствором азотной кислоты: сначала 50-99%-ной азотной кислотой при 80-180°С, затем 10-40%-ной азотной кислотой при 220-280°С. Жидкофазное протекание процесса обеспечивается давлением. Однако осуществление такого способа не находит широкого применения из-за высокой агрессивности и коррозионной активности используемой концентрированной азотной кислоты, большом расходе последней, сложности утилизации и обезвреживания газовых и жидких отходов.
Ближайшим аналогом предлагаемого способа очистки является способ очистки наноалмазов, описанный в литературе (Губаревич Т.М., Долматов В.Ю. Химическая очистка ультрадисперсных алмазов пероксидом водорода. Журнал прикладной химии, 1992, т.65, №11, с.2512-2516). Способ состоит в обработке продуктов детонации, содержащих наноалмаз, окислительной смесью, включающей перекись водорода, азотную кислоту или соль металла переменной валентности.
Недостатком способа является использование сравнительно дорогого и дефицитного окислителя - перекиси водорода, опасность работы с таким легко разлагающимся соединением, как перекись водорода, постоянно выделяющим слишком активный окислитель - атомарный кислород.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является разработка способа получения наноалмаза, - способа безопасного, надежного, характеризуемого улучшенными техническими, экономическими и экологическими параметрами и дающего возможность организовать на его основе широкомасштабное производство наноалмазов, обладающих прогнозируемыми свойствами и прогнозируемым элементным составом при высоком содержании углерода в желаемых фазовых состояниях.
При создании изобретения была поставлена задача разработки способа получения наноалмаза, имеющего высокую концентрацию углерода желаемых модификаций и желаемого фазового состава, из углеродсодержащего материала с помощью детонационного синтеза в условиях, препятствующих окислению поверхности наноалмаза и обеспечивающих сохранность полученной алмазной фазы.
Поставленная задача была решена получением наноалмаза, содержащего углерод, водород, азот и кислород, отличающегося тем, что материал содержит углерод в виде алмазной кубической модификации и в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) по массе углерода соответственно, и при этом содержит, мас.%:
| Углерод | 90,2-98,0 |
| Водород | 0,1-5,0 |
| Азот | 1,5-3,0 |
| Кислород | 0,1-4,5. |
Поставленная задача была также решена разработкой способа получения наноалмаза, включающего детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в замкнутом объеме в газовой среде, инертной к углероду, в окружении конденсированной фазы и последующую химическую очистку, отличающегося тем, что осуществляют детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества, помещенного в оболочку из конденсированной фазы, содержащей восстановитель при количественном соотношении массы восстановителя в конденсированной фазе к массе используемого углеродсодержащего взрывчатого вещества не менее 0,01:1, химическую очистку проводят путем обработки продуктов детонации 2-40%-ной водной азотной кислотой совместно с кислородом сжатого воздуха при температуре 200-280°С и давлении 5-15 МПа, и при этом получают наноалмаз, содержащий, мас.%:
| Углерод | 90,2-98,0 |
| Водород | 0,1-5,0 |
| Азот | 1,5-3,0 |
| Кислород | 0,1-4,5 |
и при этом в массе углерода содержащий углерод алмазной кубической модификации и углерод в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) мас.% соответственно.
При этом согласно изобретению целесообразно в качестве восстановителя использовать неорганическое или органическое соединение, предпочтительно не содержащее атомов кислорода и галогенов.
В дальнейшем настоящее изобретение поясняется примерами его осуществления, однако не ограничивающими варианты осуществления способа и не выходящими за рамки патентных притязаний.
Лучший вариант осуществления изобретения
Процесс образования наноалмаза способом согласно изобретению, включающим детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом, окруженного конденсированной фазой, содержащей восстановитель, можно разделить на четыре стадии.
1. Первая стадия детонационного превращения углеродсодержащего взрывчатого вещества при его взрыве в основном происходит в пределах объема заряда, ограниченном его наружными поверхностями, и особенности среды, окружающей заряд, не оказывают влияния на процесс превращения.
Как показали исследования, выбор состава взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом приводит к образованию «лишнего» углерода, который остается в конденсированном виде. Часть этого «лишнего» углерода при взрыве превращается в алмаз кубической модификации.
Размещение заряда в окружении среды в жидком или твердом агрегатном состоянии, например, при подрыве в бассейне, наполненном водой или льдом, препятствующими разлету продуктов детонации, создает условия для повышения длительности существования образующегося при детонации комплекса сверхвысокого давления и высокой температуры, являющихся областью существования жидкого углерода и алмаза.
Размещение заряда внутри оболочки, содержащей конденсированную фазу в жидком или твердом агрегатном состоянии, например в виде воды, льда, позволяет также более продолжительное время удерживать продукты детонации в объеме исходного заряда, что приводит к более продолжительному существованию плазмы, содержащей продукты детонации, и способствует более полному переходу «лишнего» углерода в алмазную фазу.
2. Во второй стадии превращения, наступающей после завершения процесса детонации, очень важным является обеспечение быстрого газодинамического охлаждения продуктов детонации для сохранения алмазов кубической модификации, образовавшихся в зоне химических превращений.
Известно, что при взрыве в вакууме вследствие высоких скоростей разлета наблюдается наиболее быстрое газодинамическое охлаждение продуктов детонации. Однако при последующем ударе продуктов детонации о стенки взрывной камеры их кинетическая энергия переходит в тепловую энергию и температура в камере быстро растет, достигая очень высоких значений, и после затухания всех ударных волн в полости камеры устанавливается температура - 3500К, близкая к температуре детонации. А поскольку давление в камере падает во много раз быстрее, чем температура, алмазы кубической модификации полностью превращаются (переходят) в графит. Затем при длительном воздействии высоких температур весь КУ газифицируется. Именно поэтому при взрыве в вакууме алмазы кубической модификации не сохраняются.
Наиболее медленное газодинамическое охлаждение наблюдается при разлете продуктов детонации, окруженных массивными водяными или ледяными оболочками. При этом максимальная установившаяся температура продуктов детонации не превышает 500-800К из-за эффективного отбора энергии водой (RU, 2230702, С; В.А.Мазанов. Макрокинетика сохранения конденсированного углерода и детонационного наноалмаза в герметичной взрывной камере. Физика твердого тела, 2004, т.46, вып.4, с.614-620).
Взрыв в среде инертного газа по интенсивности газодинамического охлаждения занимает промежуточное положение между взрывом в вакууме и взрывом в оболочке из конденсированной фазы в виде воды или льда, так как скорость разлета продуктов детонации в газовой среде меньше, чем в вакууме, но больше, чем при наличии водной оболочки или ледяной оболочки.
Поскольку существование КУ в значительной степени определяется остаточной температурой во взрывной камере, - чем меньше температура, тем выше выход алмаз-углеродного материала, - то оптимальным является использование конденсированных оболочек вокруг заряда, создающих наибольшее охлаждение.
3. Третья стадия детонационного синтеза алмаз-углеродного материала наступает после отражения ударных волн от стенок камеры: происходит циркуляция ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью, сопровождающихся процессами резкого увеличения плотности вещества, давления и температуры, и турбулентное перемешивание продуктов детонации со средой в полости камеры.
Максимально установившаяся температура среды в полости камеры зависит от отношения масс взрывчатых веществ и от состава газовой среды, то есть химической активности среды и теплоемкости газов.
4. На четвертой стадии процесса детонационного синтеза среда, нагретая взрывом углеродсодержащего взрывчатого вещества и ограниченная холодной оболочкой, интенсивно охлаждается. После взрыва и высвобождения продуктов детонации в камере, кроме разного вида газообразных продуктов (СО2, СО, O2, Н2, N2, СН4, NO, NO2, NH3, Н2О), также находится высокодисперсная взвесь частиц КУ, которые обладают большой излучающей способностью. Поэтому процесс охлаждения такой среды характеризуется совместным переносом тепла конвекцией и излучением.
Известно, что с помощью использования метода измерения профиля электропроводности в детонационной волне было установлено, что время образования алмазной кубической модификации не превышает 0,2-0,5 мкс, что соответствует ширине зоны химической реакции в смесевых композициях взрывчатых веществ тринитротолуол-гексоген, как в литьевых, так и в прессованных (Ставер А.М., Ершов А.П., Лямкин А.И. Исследование детонационного превращения конденсированных взрывчатых веществ методом электропроводности. Физика горения и взрыва, 1984, т.20, №3, С.79-82).
Поскольку часть образовавшихся на первой стадии детонации твердых частиц КУ превращается в газы под воздействием образующихся при взрыве газообразных окислителей: СО2, Н2О, СО, O2, N2О3, NO2, то можно говорить о «сохранившихся частицах» КУ, которые не успели газифицироваться, в том числе из-за недостатка количества этих газообразных окислителей.
Так как любые не прореагировавшие твердые частицы углерода КУ имеют покров из функциональных групп, то взаимодействие поверхностных функциональных групп с газообразными окислителями способно изменить первичные функциональные группы, в том числе не содержащие кислорода, на кислородсодержащие группы, так как все окислители имеют в своем составе кислород.
При этом использование важной функции восстановителя - связать окислитель, предотвращая окисление углерода, создает условия для препятствия окислению поверхности углеродных частиц. Это создает условия для существенного увеличения содержания углерода в наноалмазе. Это увеличение достигается как раз за счет уменьшения содержания кислорода, так как исследования показывают, что содержание водорода и азота меняется мало.
Следует отметить, что высокое содержание кислорода в наноалмазе препятствует его эффективному использованию в ряде технологий. Например, при его использовании в качестве присадок к техническим маслам наличие большого количества кислорода увеличивает окислительную способность материала.
Известно, что при подрыве углеродсодержащего взрывчатого вещества в газовой среде в условиях установившейся в полости камеры температуры 1500±150К выход КУ максимален и равен ~12%. С увеличением температуры в полости камеры до 3000-3500К выход КУ падает практически до нуля (В.А.Мазанов. Макрокинетика сохранения конденсированного углерода и детонационного наноалмаза в герметичной взрывной камере. Физика твердого тела, 2004, т.46, вып.4, с.614-620).
Возможности сохранения полученных алмазов кубической модификации и элементный состав наноалмазов зависят от интенсивности протекания в полости камеры гетерофазных эндотермических реакций газификации КУ диоксидом углерода (1) и водяным паром (2), которые можно представить единой брутто-реакцией (3):
При высокой температуре в полости камеры происходят 2 конкурирующих процесса: газификация КУ - в первую очередь, не алмазного углерода как более активного и графитизация образовавшихся алмазов кубической модификации.
Поэтому авторы сочли целесообразным разработать условия проведения синтеза, которые обеспечивали бы минимальные возможности влияния продуктов детонации на полученный при детонации продукт и максимально возможную скорость охлаждения продукта для исключения его газификации.
Согласно изобретению введение восстановителя в состав окружающей заряд конденсированной оболочки позволяет достичь нескольких эффектов:
1. Восстановитель препятствует окислению поверхности углеродных частиц на третьей стадии детонационного процесса, связывая окислители как наиболее химически активные вещества в полости камеры. При этом содержание главного мешающего последующему использованию КУ гетероатома - кислорода резко падает до 0,1%, а его место занимает достаточно инертный и ничему не мешающий водород. Содержание углерода соответственно увеличивается до 95,2%.
2. За счет частичного разложения восстановителя при высоких температурах происходит падение температуры в камере, что, в свою очередь, уменьшает процесс газификации (реакции 1-3) и «замораживает» фазовый переход алмаза в графит.
Таким образом, введение восстановителя позволяет увеличить выход наноалмазов в 1,7-2,6 раза по сравнению с выходом наноалмазов 3,1-5,1% по известной технологии (US, 5681459, A).
В качестве восстановителя могут быть использованы любые неорганические или органические соединения, обладающие свойствами восстановителя, преимущественно, не содержащие кислорода и галогенов и проявляющие выраженные восстановительные свойства.
Полученный в результате детонационного синтеза промежуточный продукт представляет собой высокодисперсный конденсированный углерод (далее КУ), содержащий не только наноалмазы, но и неалмазный углерод в высокореактивной форме, подвергают химической обработке согласно изобретению.
По отношению к неалмазному углероду азотная кислота является достаточно активным окислителем.
Интервал используемых для очистки концентраций азотной кислоты 2-40 мас.% был установлен экспериментально исходя из технологически приемлемых скоростей реакции. Снижение концентрации ниже 2% приводит к уменьшению производительности. Повышение концентрации азотной кислоты выше 40% нецелесообразно, так как при этом возрастает количество кислотных отходов и коррозионная активность среды.
Если обработать КУ только азотной кислотой концентрации 2-40 мас.% при соблюдении прочих условий технологии (t=200-280°С и Р=5-15 МПа), то качество очистки будет очень низким, и чистота полученного наноалмаза не превысит 85%.
При концентрации азотной кислоты 2 мас.% следует поддерживать температуру 280°С, давление 12-15 МПа за счет сжатого воздуха (собственное давление 2%-ной азотной кислоты соответствует 6,5 МПа). Время выдержки 1 час. Чистота полученного продукта наноалмаза составляет 98,7%.
При концентрации азотной кислоты 40 мас.% достаточно поддерживать температуру 200°С и давление 5 МПа за счет сжатого воздуха (собственное давление 40%-ной азотной кислоты соответствует 2,9 МПа). Время выдержки 40 мин. Чистота полученного продукта составляет 99,2%.
Сжатый воздух обеспечивает в системе избыточное давление и сверхравновесное содержание кислорода, а также высокую скорость регенерации азотной кислоты.
Величина избыточного давления 2-9 МПа, созданная сжатым воздухом, обеспечивает как физические кондиции (жидкофазность системы), так и сложный материальный баланс между газообразными и конденсированными компонентами системы. Интервал общего давления системы 5-15 МПа представляет собой экспериментально установленную область стабильного протекания процесса.
Введение в окислительную систему кислорода сжатого воздуха создает оптимальные условия для протекания окислительного процесса. Продукты окисления неалмазного углерода - CO2, NO2 и NO - выделяются в газовую фазу. Одновременно при избытке кислорода сжатого воздуха в растворе и газовой фазе протекают процессы регенерации азотной кислоты по схеме:
2NO+O2 
2NO2 N2O4
4NO+3O2+2Н2O4HNO3
4NO2+O2+2Н2O4HNO3
Вновь образующая азотная кислота снова вступает в реакцию с неалмазным углеродом.
Кроме неалмазного углерода рассматриваемая окислительная система способна окислять и растворять основные неуглеродные примеси в КУ - железо, медь, их оксиды и некоторые карбиды.
Настоящее изобретение может быть проиллюстрировано примерами осуществления способа получения наноалмаза согласно изобретению, включающего получение конденсированного углерода (КУ) и последующую его химическую обработку с получением наноалмаза с улучшенными свойствами.
Обычно для синтеза КУ используют смесевые углеродсодержащие взрывчатые вещества, например, смесь тринитротолуола с гексогеном или октогеном при содержании тринитротолуола от 30 до 70%. Возможно использование тринитротриаминобензола в смеси с октогеном, гексогеном или тринитротолуолом.
Для испытаний в качестве углеродсодержащих взрывчатых веществ были выбраны:
- заряды из смеси тринитротолуола с гексогеном, сформированные прессованием при давлении прессования 1500 кг/см2 в соотношении 50/50 (примеры 1-18) и плавлением в соотношении 65/35 (примеры 19,20);
- заряды из смеси тринитротолуола и октогена, сформированные прессованием при давлении прессования 1500 кг/см2 в соотношении 60/40 (пример 21);
- заряды из смеси триаминотринитробензола с октогеном, сформированные прессованием при давлении прессования 1500 кг/см2 в соотношении 50/50 (пример 22).
При этом форма заряда была выбрана традиционная, в виде сплошного цилиндра, диаметр цилиндрической шашки 48,5 мм, длина заряда 167,1 мм.
Подрыв заряда осуществляли с помощью электродетонатора, размещенного с торца заряда внутри него.
Заряд углеродсодержащего взрывчатого вещества помещали в оболочку их конденсированной фазы, представляющую собой раствор восстановителя в воде в жидком агрегатном состоянии (примеры 1-16, 18, 19, 21, 22) или в состоянии льда (пример 20), или в оболочку, представляющую собой бронировку заряда, выполненную из прессованного твердого восстановителя (пример 17). При этом масса оболочки составляла от 4,0 до 6,0 кг, и оболочки, имеющие жидкое агрегатное состояние конденсированной фазы, представляли собой цилиндрические мешки из полиэтилена, наполненные конденсированной фазой раствора восстановителя, и заряд подвешивали (размещали) в центре мешка. В случае твердого агрегатного состояния оболочки с использованием в качестве восстановителя адамантана оболочка имела вид наружной бронировки заряда по всем поверхностям.
В качестве восстановителей были использованы диметилгидразин (примеры 1-5, 19), уротропин (примеры 6-10, 20-22), аммиак (примеры 11-13), мочевина (примеры 14-16), адамантан (пример 17), ацетонитрил (пример 18) при различных, в диапазоне (0,01-10,0):1,0, соотношениях массы используемого восстановителя и массы используемого углеродсодержащего взрывчатого вещества соответственно.
Испытания проводили следующим образом: заряд в оболочке помещали через верхний люк во взрывную камеру, выполненную из нержавеющей стали, объемом 1 м3, заполненную газообразными продуктами предыдущего подрыва, камеру закрывали, и заряд подрывали.
Через 3 минуты после подрыва осуществляли разгрузку полученной водной суспензии продукта через нижний клапан в приемную емкость. Водную суспензию пропускали затем через сито с размером ячейки 200 мкм и высушивали. Высушенный продукт дробили и просеивали через сито с размером ячейки 80 мкм. Затем полученный продукт подвергали химической очистке согласно изобретению.
Полученный продукт помещали в титановый автоклав, содержащий 56%-ную азотную кислоту из расчета на 1 вес.ч. Полученного продукта 20 вес.ч. кислоты. Автоклав нагревали до 513К и выдерживали при этой температуре 30 мин. Затем автоклав охлаждали, газы стравливают, суспензию продукта в отработанной слабой азотной кислоте извлекали. Затем наноалмазы отмывали дистиллированной водой до рН 6-7 и сушили на воздухе при температуре 423К в течение 5-х часов.
Образцы полученного продукта подготавливали способом подготовки согласно изобретению для проведения последующих исследований их элементного состава.
С помощью исследований было установлено, что КУ содержит от 8 до 14 мас.% летучих примесей (в основном, воду, окислы азота и углерода). Удаление таких примесей, прочно связанных адсорбционными силами в микропорах, обычным нагревом на воздухе при температуре 120-125°С невозможно. Повышение температуры прогрева до более высоких температур на воздухе опасно из-за разложения, возможности воспламенения и возгорания частиц неалмазного углерода.
Для полного удаления летучих примесей следует применять вакуум при остаточном давлении 0,01-10,0 Па. При этом температуру необходимо поддерживать в диапазоне 120-140°С.
При вакууме 0,01 Па достаточно поддерживать температуру 120°С, а при давлении 10,0 Па - 140°С. Давление менее 0,01 Па поддерживать нецелесообразно по экономическим причинам, а выше 10,0 Па - из-за возможного неполного удаления летучих примесей. Повышение температуры свыше 140°С может вызвать распад части нестойкого неалмазного углерода. Время прогрева в течение 3-5 часов гарантирует также полное удаление летучих примесей. При давлении 0,01 Па и 120°С достаточно 3-х часов выдержки, а при 10,0 Па и 140°С целесообразнее выдерживать 5 часов.
Для определения элементного состава наноалмаза обычно используют стандартную методику органической химии: температура нагрева в токе кислорода 850-900°С в течение 5 с. Однако наноалмаз сильно отличается по своей стойкости к окислению от любых органических соединений. Поэтому указанных выше условий недостаточно для полного окисления элементов, составляющих наноалмаз. Температура, обеспечивающая полное сгорание (окисление) наноалмаза, составляет 1050-1200°С, при этом время прогрева должно составлять 40-50 секунд. Эти условия достижимы, например, на приборе №185 фирмы "Hewlett Packard" (США).
Образцы выдерживали при температуре 120-140°С под вакуумом 0,01-10,0 Па в течение 3-5 часов и затем подвергали обработке при температуре 1050-1200°С потоком кислорода со скоростью, обеспечивающей его сжигание в течение 40-50 секунд.
Подготовленные описанным выше способом образцы продуктов синтеза были подвергнуты следующим исследованиям:
- исследованию с помощью метода малоуглового рассеяния для определения количественного распределения частиц материала по их размерам;
- исследованию с помощью полярографического титрования для определения наличия и состава поверхностных кислородсодержащих, аминных и амидных функциональных групп. При этом гидроксильные, карбоксильные, аминные и амидные группы идентифицируются по значениям соответствующих восстановительных потенциалов, а также по данным ИК-спектроскопии;
- исследованию с помощью газохроматографического анализа наличия поверхностных метильных групп, идентифицируемых по составу выделенных газов при нагревании при температуре 663-673К в течение 3 часов, по количеству выделенного метана. При этом полученные продукты перед газохроматографическим анализом были прогреты при 473К в вакууме (0,1 Па) до получения продукта постоянного веса (в течение 24 часов), при этом адсорбированные ранее поверхностью полученного продукта летучие продукты, в том числе газы, были удалены, и выделяющиеся при газохроматографическом анализе газы СН4, H2, CO2, СО, O2, N2 и NH3 являлись газами, образующимися при разрушении химически связанных с КУ поверхностных групп;
- исследованию с помощью рентген-фотоэлектронной спектроскопии (XPES) для анализа распределение углеродных форм в полученном продукте;
- исследованию с помощью метода малоуглового рассеяния (Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Наука, 1986, 280 с.);
- исследованию с помощью метода определения удельной поверхности порошков путем низкотемпературной сорбции азота (далее БЭТ) (Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии. T.1, издание 2-ое., М.: Химия, 1969, стр.592). Результаты испытаний приведены в Таблице.
| Таблица Получение наноалмаза согласно изобретению способом согласно изобретению |
||||
| Компоненты способа получения | № п/п | № примера Параметры | 1 | 2 |
| А. Взрывчатое вещество | t | Состав | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50 прессованный |
| 2 | Масса, кг | 0,5 | 0,5 | |
| 3 | Плотность, г/см3 | 1,62 | 1,62 | |
| Б. | 4 | Восстановитель | диметилгидразин | диметилгидразин |
| Оболочка | 5 | Соотношение массы восстановителя к массе взрывчатого вещества | 0,32:1,00 | 0,01:1,00 |
| 6 | Растворитель | вода | вода | |
| 7 | Агрегатное состояние оболочки | жидкость | жидкость | |
| 8 | Масса, кг | 4,0 | 4,0 | |
| В. Полученный продукт | 9 | Выход наноалмаза, % от веса взрывчатых веществ | 9,1 | 7,0 |
| 10 | Элементный состав, мас.%: [С] [Н] [N] [О] несгораемые примеси |
96,1 1,0 2,2 0,4 0,3 |
90.2 5,0 1,5 3,2 0,1 |
|
| 11 | Фазовый состав наноалмаза, масс.%: - алмаз кубической модификации, - рентгеноаморфная углеродная фаза |
|||
| 91 | 85 | |||
| 9 | 15 | |||
| 12 | Содержание наноалмаза в КУ | 60,0 | 58,0 | |
| Продолжение 1 таблицы | |||||
| 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| А. | 1 | Тринитротолуол /Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный |
| 2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| 3 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | |
| Б. | 4 | диметилгидразин | диметилгидразин | диметилгидразин | уротропин |
| 5 | 0,16:1,0 | 0,64: 1,00 | 10,0: 1,0 | 0,01:1,00 | |
| 6 | вода | вода | Вода | Вода | |
| 7 | жидкое | жидкое | жидкое | Жидкое | |
| 8 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 6,0 | |
| В. | 9 | 9,5 | 10,1 | 8,6 | 8,3 |
| 10 | 93,9 | 94,2 | 98,0 | 92,3 | |
| 1.6 | 2,9 | 1,1 | 2,1 | ||
| 2,5 | 2,9 | 1,7 | 2,3 | ||
| 1,2 | 0,1 | 0,1 | 1,8 | ||
| 0,8 | 0,9 | 0,1 | 1,5 | ||
| 11 | 88 | 91 | 95 | 86 | |
| 12 | 9 | 5 | 14 | ||
| 12 | 68,0 | 63 | 61 | 66 | |
| Продолжение 2 таблицы | |||||
| № | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| А. | 1 | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол /Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный |
| 2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| 3 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | |
| Б | 4 | уротропин | уротропин | уротропин | уротропин |
| 5 | 0,25:1,0 | 0,50:1,00 | 1,0:1,0 | 10,0:1,00 | |
| 6 | вода | вода | вода | вода | |
| 7 | жидкое | жидкое | жидкое | суспензия | |
| 8 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | |
| В | 9 | 10,4 | 11,5 | 12,0 | 11,2 |
| 10 | 94,9 | 95,2 | 96,0 | 97,0 | |
| 1,1 | 1,0 | 0,4 | 0,7 | ||
| 2,5 | 2,2 | 2,6 | 2,0 | ||
| 1,4 | 1,5 | 0,7 | 0,1 | ||
| 0,1 | 0,1 | 0,3 | 0,2 | ||
| 11 | 90 | 92 | 91 | 95 | |
| 10 | 8 | 9 | 5 | ||
| 12 | 71 | 74 | 75 | 69 | |
| Продолжение 3 таблицы | |||||
| № | 11 | 12 | 13 | 14 | |
| А | 1 | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол /Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный |
| Б | 2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| 3 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | |
| 4 | аммиак | аммиак | аммиак | мочевина | |
| 5 | 0,01:1,0 | 0,50:1,00 | 1,0:1,0 | 10,0:1,00 | |
| 6 | вода | вода | вода | вода | |
| 7 | жидкое | жидкое | жидкое | жидкое | |
| 8 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | |
| В | 9 | 6,0 | 6,8 | 6,4 | 7,5 |
| 10 | 91,4 | 92,7 | 92,1 | 92,8 | |
| 2,9 | 2,4 | 2,9 | 1,8 | ||
| 2,8 | 2,9 | 3,0 | 2,2 | ||
| 2,0 | 1,3 | 1,2 | 2,1 | ||
| 0,9 | 0,7 | 0,8 | 1,1 | ||
| 11 | 86 | 89 | 91 | 88 | |
| 14 | 11 | 9 | 12 | ||
| 12 | 52 | 51 | 49 | 58 | |
| Продолжение 4 таблицы | |||||
| № | 15 | 16 | 17 | 18 | |
| А | 1 | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол / Гексоген, 50/50, прессованный | Тринитротолуол /Гексоген, 50/50, прессованный |
| 2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| 3 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | 1,62 | |
| Б | 4 | мочевина | мочевина | адамантан | ацетонитрил |
| 5 | 0,4:1,0 | 10,0:1,00 | 1,4:1,0 | 2,0:1,00 | |
| 6 | вода | вода | - | вода | |
| 7 | жидкое | жидкое | прессованное твердое | жидкое | |
| 8 | 5,0 | 5,0 | бронировка заряда | 5,0 | |
| В | 9 | 9,0 | 5,4 | 12,6 | 8,0 |
| 10 | 91,6 | 90,8 | 97,2 | 95,3 | |
| 1,8 | 1,4 | 0,2 | 1,2 | ||
| 2,5 | 3,5 | 2,1 | 2,2 | ||
| 3,0 | 4,5 | 0,2 | 0,9 | ||
| 1,1 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | ||
| 11 | 86 | 85 | 95 | 93 | |
| 14 | 15 | 5 | 7 | ||
| 12 | 61 | 40 | 80 | 56 | |
| Продолжение 5 таблицы | |||||
| № | 19 | 20 | 21 | 22 | |
| А | 1 | Тринитротолуол / Гексоген, 65/35, плавленый | Тринитротолуол / Гексоген, 65/35, плавленый | Тринитротолуол / Октоген, 60/40, прессованный | Триаминотринитробензол / Октоген, 50/50, прессованный |
| 2 | 0,51 | 0,51 | 0,51 | 0,53 | |
| 3 | 1,64 | 1,64 | 1,65 | 1,71 | |
| Б | диметилгидразин | уротропин | уротропин | уротропин | |
| 5 | 0,64:1,00 | 0,5:1,0 | 0,5:1,0 | 0,5:1,0 | |
| 6 | вода | вода | вода | вода | |
| 7 | жидкое | лед | жидкое | жидкое | |
| 8 | 4,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | |
| В | 9 | 11,7 | 12,9 | 13,3 | 6,8 |
| 10 | 94,8 | 95,2 | 95,9 | 92,0 | |
| 1,2 | 1,1 | 0,2 | 2,3 | ||
| 2,9 | 2,0 | 2,1 | 2,6 | ||
| 0,2 | 1,1 | 0,8 | 2,3 | ||
| 0,9 | 0,6 | 1,0 | 0,8 | ||
| 11 | 92 | 94 | 93 | 86 | |
| 8 | 6 | 7 | 14 | ||
| 12 | 69 | 78 | 79 | 52 | |
В результате исследований было установлено, что полученный способом согласно настоящему изобретению наноалмаз представляет собой порошок от светло-серого до серого цвета.
По данным полярографического, хроматографического и ИК-спектроскопического анализа состав поверхностных функциональных групп следующий: гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, нитрильные, амидные и метильные группы были обнаружены во всех образцах, полученных в процессе, проведенном способом согласно изобретению.
На рентгенограммах полученного указанным способом наноалмаза (Cu Кα) были отмечены широкие симметричные, хорошо описываемые лоренцовскими контурами дифракционные максимумы при углах 2θ=43,9; 75,3 и 91,5°, соответствующие (111)-, (220)- и (311)-отражениям от решетки алмаза кубической модификации с параметром решетки ао=3,565±0,002 Å. Средний размер полученных наночастиц 4,0-5,0 nm указывает на то, что уширение дифракционных максимумов связано, в основном, не с внутренними напряжениями, а с малым размером частиц.
В диапазоне 2θ=16°-37° наблюдается сильное локализованное гало, характерное для дифракции на неупорядоченных аморфных структурах, свидетельствующая о наличии рентгеноаморфной фазы углерода. Оценка толщины этих структур по полуширине гало дает 2-4 Å, что составляет 5-18 мас.% от веса наноалмаза. Кроме того, количество аморфной фазы было определено из уменьшения интенсивности отражения до 220 наноалмаза по настоящему изобретению по сравнению с образцом чистого кубического алмаза природного происхождения (Якутия-Саха, пос. Мирный, Россия). Расчетное количество рентгеноаморфной фазы составляет от 5 до 18 мас.%.
Наличие ~2,5 мас.% азота в аморфной фазе определяли следующим образом.
Навеску наноалмаза, полученного способом согласно настоящему изобретению, прогревали при температуре 473К в течение 20 часов при вакууме в 0,1 Па до постоянного веса. Затем разные части этой навески наноалмаза подвергали по очереди глубокой экстракции различными растворителями при температурах 473-573К под давлением в течение 30 минут. Использовали растворители: нормального строения - гептан, декан; ароматических - бензол, толуол, и алициклических - циклогексан-углеводородов, гидронафталинов - тетралин и декалин. После такой обработки соотношение алмазной фазы углерода, которая при этих условиях не меняется, и аморфной фазы, которая уменьшилась, изменилось. Вес образцов наноалмаза уменьшился на ~5 мас.%. В раствор вышеназванных растворителей перешли только азотсодержащие гетероциклические ароматические соединения с числом циклов от 1 до 4-х и с содержанием азота в кольцах от 1 до 2-х. Никаких других гетероатомов ни в каком виде в экстрактах обнаружено не было. В наноалмазе после экстракции ИК-спектры показали те же поверхностные кислород-, водород- и азотсодержащие группировки, которые были до экстракции. Таким образом, азот в виде гетероциклических соединений был практически наверняка поставлен из промежуточного слоя - из рентгеноаморфной фазы углерода.
Более того, сложность строения рентгеноаморфной фазы углерода в наноалмазе демонстрирует и тот факт, что, когда аналогично приготовленные образцы наноалмаза согласно изобретению (режим: 473К, 20 часов, 0,1 Па) подвергли термодесорбции в мягких условиях (режим: 573К, 2 часа, 0,001 Па), состав продуктов десорбции был очень разнообразен: ацетонитрил, нитрометан, бутанон-1-он и бутанон-2-он, тетрагидрофуран, этилацетат, бензол и гомологи, алкилбензол (С9 и С10), алканы (С7-С11), алкены (С7- C10), терпен (С10) и нафталин (С10).
При 573К происходит частичная деструкция внешних функциональных групп с образованием нитрометана, бутанонов, тетрагидрофурана, этилацетата, предположительно ацетонитрила. Однако основное количество идентифицированных соединений: бензол и гомологи, алканы, алкены, терпен и нафталин, - имеющие особый характер их строения, могут образовываться только при деструкции рентгеноаморфной фазы углерода, что подтверждает факт, что убыль веса образцов после термодесорбции составила ~8 мас.%.
Температура начала окисления наноалмазов на воздухе - температура газификации, измеренная на дериватографе при скорости нагревания 10 град/мин, составляет 473К, и небольшой экзоэффект продолжается до нагрева до 800К. При этом окисляется весь неалмазный - рентгеноаморфный - углерод. Падение веса образца при этом составляет 5-18 мас.%, что соответствует количеству рентгеноаморфного углерода в наноалмазе.
После нагрева свыше 800К начинается сильный экзоэффект, свидетельствующий о реакции кислорода воздуха с собственно алмазным ядром наноалмаза, которая завершается при температуре 1050К полным окислением (выгоранием) наноалмаза. Максимальное выделение тепла (максимальное окисление) происходит в диапазоне температур 930-990К.
Для сравнения были проведены исследования кристаллических алмазов статического синтеза (далее АСМ), раздробленных до частиц размером 2-100 нм (при среднем диаметре 20 нм), помещенных в аналогичные условия. Исследования показали, что температура начала окисления алмазного кристалла составляет 785К, а температура максимального окисления составляет 890К. Процесс полного окисления АСМ завершается при температуре 1060К.
Таким образом, устойчивость к окислению собственно алмаза и у наноалмаза согласно настоящему изобретению и у классических синтетических алмазов практически одинакова.
У наноалмаза, полученного способом согласно ближайшему аналогу, окисление алмазного ядра начинается уже при температуре 703К.
Каждая частица НА по данному изобретению представляет собой сложное структурное образование, включающее в качестве обязательных составляющих элементов:
- ядро из углеродных атомов sp3-гибридизированных, связанных в кубическую кристаллическую структуру, характерную для алмазов; ядро охватывает 82-95% углеродных атомов и имеет по данным рентгенографии размер 40-50 Å; ядро имеет ~2,5 мас.% азота, в основном, в виде атомов замещения;
- переходную углеродную оболочку вокруг ядра, состоящую из рентгеноаморфных структур углерода толщиной 2-4 Å, в которую может входить 5-18% углеродных атомов частицы. Оболочка, состоящая из углерода в sp2-гибридизации, неоднородна. Внутренний слой этой оболочки, непосредственно примыкающий к ядру, составляют непрерывные слои углерода луковичной формы («onion-like carbons»), над ними находятся фрагментарные графитоподобные монослои («ароматические кластеры»).
Эта аморфная углеродная оболочка имеет пористую структуру, содержит многочисленные дефекты, включает в себя небольшое количество гетероатомов (в первую очередь, ~2,5 мас.% азота), вошедших в структуру оболочки в ходе детонационного синтеза;
- поверхностные слои, включающие, кроме углеродных атомов, и другие гетероатомы, образующие спектр разных функциональных групп (гидроксил-карбонил-, карбоксил-, нитрил- и метильные группы). Общее количество гетероатомов в частице - азот, водород и кислород - составляет от 2,0 до 9,8 мас.%.
Таким образом, было установлено, что частицы наноалмаза не являются чисто углеродным материалом, причем сам углерод находится в продукте одновременно в нескольких модификациях, и только одна их них соответствует структуре алмаза.
Внешняя оболочка частицы наноалмаза определяет ее взаимоотношения с окружающей средой. Именно она формирует границу раздела фаз и участвует во взаимодействии с ней. Наличие на поверхности высокополярных и реакционноспособных группировок, сосредоточенных в малом объеме, определяет достаточную активность воздействия частиц наноалмаза на окружающую среду.
Полученные по данному изобретению наноалмазы являются уникальным материалом в силу их переходного характера от неорганического продукта к органическому и именно этим определяется их особое положение среди ультрадисперсных материалов.
Промышленная применимость
Полученный способом согласно изобретению наноалмаз позволяет использовать его в качестве наноразмерного компонента высокоэффективных композиционных материалов, в виде добавок, улучшающих эксплуатационные свойства конструкций - износостойкость, прочность, ресурс - больше, чем при использовании наноалмазов, известных из описанного выше предшествующего уровня техники.
Наноалмазы согласно изобретению могут найти широкое применение в различных технологиях, например, в полировально-финишных композициях, пленочных покрытиях, в составе радиационно-стойких материалов.
Наноалмазы согласно изобретению могут быть получены способом согласно изобретению, который может быть осуществлен с использованием имеющегося технологического оборудования и известных взрывчатых веществ.
Claims (3)
1. Наноалмаз, содержащий углерод, водород, азот и кислород, отличающийся тем, что содержит углерод в виде алмазной кубической модификации и углерод в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) мас.% по массе углерода соответственно, и при этом содержит, мас.%:
Углерод 90,2-98,0
Водород 0,1-5,0
Азот 1,5-3,0
Кислород 0,1-4,5
2. Способ получения наноалмаза, включающий детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом в замкнутом объеме в газовой среде, инертной к углероду, в окружении конденсированной фазы и последующую химическую очистку, отличающийся тем, что осуществляют детонацию углеродсодержащего взрывчатого вещества, помещенного в оболочку из конденсированной фазы, содержащей восстановитель, при количественном соотношении массы восстановителя в конденсированной фазе к массе используемого углеродсодержащего взрывчатого вещества не менее 0,01:1, химическую очистку проводят путем обработки продуктов детонации 2-40%-ной водной азотной кислотой совместно с кислородом сжатого воздуха при температуре 200-280°С и давлении 5-15 МПа, и при этом получают наноалмаз, содержащий, мас.%:
Углерод 90,2-98,0
Водород 0,1-5,0
Азот 1,5-3,0
Кислород 0,1-4,5
и при этом в массе углерода содержащий углерод алмазной кубической модификации и углерод в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) мас.% соответственно.
и при этом в массе углерода содержащий углерод алмазной кубической модификации и углерод в рентгеноаморфной фазе в соотношении (82-95):(18-5) мас.% соответственно.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют неорганическое или органическое соединение, предпочтительно не содержащее атомов кислорода и галогенов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118527/15A RU2348580C1 (ru) | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Наноалмаз и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007118527/15A RU2348580C1 (ru) | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Наноалмаз и способ его получения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2348580C1 true RU2348580C1 (ru) | 2009-03-10 |
Family
ID=40528599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007118527/15A RU2348580C1 (ru) | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Наноалмаз и способ его получения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348580C1 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010131992A1 (ru) | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нано-С" | Углеродсодержащая nsp3 наночастица и способ ее получения |
| RU2415717C1 (ru) * | 2009-09-11 | 2011-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Механохимический способ измельчения алмазов |
| RU2452686C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СКН" | Устройство для очистки и модификации наноалмаза |
| RU2556763C2 (ru) * | 2013-10-01 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственный Центр "Квадра" | Способ синтеза ультрадисперсных алмазов |
| RU2634008C1 (ru) * | 2013-12-27 | 2017-10-23 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Детонационный способ производства частиц углерода |
| RU2711599C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2020-01-17 | Валерий Юрьевич Долматов | Способ получения детонационных наноалмазов |
| RU2712551C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2020-01-29 | Валерий Юрьевич Долматов | Способ получения детонационных наноалмазов |
| RU2814424C1 (ru) * | 2020-03-27 | 2024-02-28 | Дайсел Корпорэйшн | Взрывчатая композиция для синтеза алмазов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5916955A (en) * | 1993-02-12 | 1999-06-29 | Federalny Nauchno-Proizvodstvenny Tsentr Altai | Diamond-carbon material and method for producing thereof |
| RU2183583C2 (ru) * | 1999-10-07 | 2002-06-20 | Комбинат "Электрохимприбор" | Алмазоуглеродное вещество и способ его получения |
| WO2003086970A1 (fr) * | 2002-04-18 | 2003-10-23 | Nauchno-Proizvodstvennoe Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'sinta' | Procede de fabrication de materiaux synthetiques contenant des diamants |
-
2005
- 2005-12-30 RU RU2007118527/15A patent/RU2348580C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5916955A (en) * | 1993-02-12 | 1999-06-29 | Federalny Nauchno-Proizvodstvenny Tsentr Altai | Diamond-carbon material and method for producing thereof |
| RU2183583C2 (ru) * | 1999-10-07 | 2002-06-20 | Комбинат "Электрохимприбор" | Алмазоуглеродное вещество и способ его получения |
| WO2003086970A1 (fr) * | 2002-04-18 | 2003-10-23 | Nauchno-Proizvodstvennoe Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'sinta' | Procede de fabrication de materiaux synthetiques contenant des diamants |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОЛМАТОВ В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. - Успехи химии, 2001, т.70, №7, с.687-708. ВЕРЕЩАГИН А.Л. Детонационные наноалмазы. - Барнаул, 2001, с.с.14-22, 38-44. ЕРЕМЕНКО А.Н. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: химическая очистка и физико-химические свойства. Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение». - Красноярск, 2003, с.102-104. * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010131992A1 (ru) | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нано-С" | Углеродсодержащая nsp3 наночастица и способ ее получения |
| RU2424185C2 (ru) * | 2009-05-15 | 2011-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нано-С" | Углеродсодержащая наночастица и способ ее получения |
| RU2415717C1 (ru) * | 2009-09-11 | 2011-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Механохимический способ измельчения алмазов |
| RU2452686C1 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СКН" | Устройство для очистки и модификации наноалмаза |
| RU2556763C2 (ru) * | 2013-10-01 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственный Центр "Квадра" | Способ синтеза ультрадисперсных алмазов |
| RU2634008C1 (ru) * | 2013-12-27 | 2017-10-23 | Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.) | Детонационный способ производства частиц углерода |
| RU2711599C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2020-01-17 | Валерий Юрьевич Долматов | Способ получения детонационных наноалмазов |
| RU2712551C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2020-01-29 | Валерий Юрьевич Долматов | Способ получения детонационных наноалмазов |
| RU2825658C2 (ru) * | 2019-03-26 | 2024-08-28 | Дайсел Корпорэйшн | Способ изготовления наноалмазов, допированных элементом группы 14, и способ их очистки |
| RU2814424C1 (ru) * | 2020-03-27 | 2024-02-28 | Дайсел Корпорэйшн | Взрывчатая композиция для синтеза алмазов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2007078210A1 (fr) | Nanodiamant et procede de fabrication correspondant | |
| JP2799337B2 (ja) | 人造ダイヤモンド含有材料及びその製造方法 | |
| Dolmatov | Detonation-synthesis nanodiamonds: synthesis, structure, properties and applications | |
| WO1982000458A1 (en) | Method of obtaining diamond and/or diamond-like modifications of boron nitride | |
| RU2348580C1 (ru) | Наноалмаз и способ его получения | |
| KR101838421B1 (ko) | 폭굉법에 의한 탄소 입자의 제조 방법 | |
| Batsanov et al. | Novel synthesis and properties of hydrogen-free detonation nanodiamond | |
| Spitsyn et al. | Purification and functionalization of nanodiamond | |
| RU2384524C2 (ru) | Способ получения стабильной суспензии детонационных наноалмазов | |
| JP6705696B2 (ja) | 活性炭の製造方法および活性炭 | |
| WO2007073494A2 (en) | Lower pressure synthesis of diamond material | |
| WO2007078209A1 (fr) | Materiau a base de diamant et de carbone et procede de fabrication correspondant | |
| JP3346496B2 (ja) | 多結晶性ｂｃｎ物質及びその製造方法 | |
| RU2359902C2 (ru) | Алмаз-углеродный материал и способ его получения | |
| JP2009522190A5 (ru) | ||
| Mochizuki et al. | Crystallization behavior of cubic boron nitride from an amorphous BN precursor via high-pressure, high-temperature treatment with controlled water addition | |
| RU2424185C2 (ru) | Углеродсодержащая наночастица и способ ее получения | |
| Lueking et al. | The effect of HCl and NaOH treatment on structural transformations in a ball-milled anthracite after thermal and chemical processing | |
| RU2558601C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА Cr3C2 | |
| Dolmatov | On elemental composition and crystal-chemical parameters of detonation nanodiamonds | |
| Osipov et al. | Infrared absorption of diamond nanoparticles with a surface modified by complexes of nitrate ions | |
| Dolmatov et al. | Deep purification of detonation nanodiamond material | |
| Gamolin et al. | Mechanically activated chemical conversion of gaseous hydrocarbons | |
| Serebryakova et al. | BV Spitsyn1, MN Gradoboev2, TB Galushko1, TA Karpukhina1 | |
| JPH02222723A (ja) | 球状の金属粉を使用した合成ダイヤモンドの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120402 |
|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20120402 Effective date: 20120606 |