<<
>>

Перспективы применения алмазоида

  Благодаря характеристикам, близким к алмазу, алмазоид имеет тттиро- кий спектр применения в различных областях жизнедеятельности человека.

Это, прежде всего, микро- и наноэлет- роника, медицина, машиностроение, металлообработка, двигателестроение, авиастроение, транспорт. Рассмотрим вкратце некоторые из них.

Наноалмаз и алмазоидные пленки имеют широкие перспективы применения в различных устройствах электроники, MEMS и NEMS-устройствах[10], полевых транзисторах, электронно-лучевых устройствах и оптических компьютерах.

Одним из основных современных применений наноалмазов является полировка электронных и оптических материалов для электроники, радиотехники, оптики, медицины, машиностроения, ювелирной промышленности. Составы на основе наноалмазов позволяют получить совершенную зеркальную поверхность твердых тел любой геометрической формы, не имеющую дефектов и дислокаций, с высотой шероховатости рельефа 2-8 нм.

Применение наноалмазов существенно улучшает качество микроабразивных и полировальных составов, смазочных масел, абразивных инструментов[11], полимерных композитов, резин и каучуков, систем магнитной записи.

Введение наноалмазов в полимеры, резины и пластмассы увеличивает их прочность и износостойкость. “Алмазные “ шинные резины, устойчивые к проколам и перепадам температур, уже сегодня прекрасно работают и в условиях Крайнего Севера, и в жарких пустынях.

Наноалмазы применяются в смазках, маслах и охлаждающих жидкостях. Использование наноалмазов в маслах увеличивает ресурс работы моторов и трансмиссий.

Алмазоид является первым претендентом в списке материалов, из которых в перспективе могут быть изготовлены медицинские наноинструменты и нанороботы. Поскольку их деятельность будет производиться, в основном, внутри тела, необходимо, чтобы их поверхность была полностью биосовместима с тканями и клетками организма.

Известно, что обычный алмаз отличается высокой биосовместимостью по сравнению с другими веществами. Клинические испытания сравнительно грубой алмазной поверхности протезов и имплантантов показали, что она химически инертна, нетоксична для клеток, воспринимается лейкоцитами как “своя” и не вызывает воспалительных или патогенных процессов.

Ученые только что научились получать алмазные нанопокрытия, поэтому невозможно точно предсказать реакцию на них клеток организма, но известно, что мелко измельченные углеродные частицы хорошо усваиваются телом: древесный уголь и копоть (сферические частицы диаметром 10-20 нм) использовались для татуировки с древнейших времен. В настоящий момент активно ведутся исследования на биосовместимость алма- зоидных наночастиц, но до сих пор ни о каких вредных воздействиях на организм заявлено не было.

Вероятно, благодаря своим уникальным характеристикам, алмазоид станет универсальным и дешевым материалом XXI века.

Получение наноалмазов

На сегодня существует несколько способов получения алмазных наночастиц. Среди них наиболее распространены следующие: получение из природных алмазов физическими методами; синтез при сверхвысоких давлениях и температурах; электронно- и ионно-лучевые методы, использующие облучение углеродсодержащего материала пучками электронов и ионами аргона. химическое осаждение углеродосодержащего пара при высоких температурах и давлениях.

На следующем рисунке изображены стадии зарождения и роста наночастиц алмаза из газовой фазы при 1000°С.

Рис 88. а) 0 мин, б) 15 мин, в) 30 мин, г) 60 мин после начала наращивания затравочных кристаллов алмаза, помещенных на медную подложку

Еще наноалмазы получают детонационным синтезом, ведь при взрыве образуется достаточно высокая температура и давление для формирования наноалмазов.

Однкао взрывчатка стоит дорого. В то же время, по международным обязательствам, наша страна должна уничтожить более миллиона тонн своих боеприпасов, что обоходится в 1500 долларов на тонну. Академик В.М.Лоборев предложил использовать боеприпасы для производства наноалмазов, но до практики дело, как это водится, не дошло. В результате имеем отсутствие боеприпасов, наноалмазов и денег.

Для получения сложных алмазоидных наноструктур перспективна идея автоматизированного механосинтеза,, который станет возможным с появлением точных наноманипуляторов.

Сегодня химикам удается получать сложные молекулярные комплексы, смешивая в пробирках различные вещества при необходимых условиях и в нужной концентрации. Так почему просто не собирать наноструктуры из атомов механическим путем под контролем компьютера и человека? Если удается добиться необходимых результатов с помощью пробирок, то не лучше ли наноманипуляторы справятся с таким заданием?

Идея молекулярного механосинтеза чрезвычайно проста и напоминает роботизированную фабрику, например, по сборке автомобилей: наноманипулятор берет атом и присоединяет его к поверхности собираемого объекта. Такая система кажется довольно простой и эффективной, и более подробно будет рассмотрена в главе “Инструменты нанотехнологии”

Итак, повторим еще раз! Атомы образуют химические связи, чтобы приобрести устойчивую электронную конфигурацию, т.е. полностью заполнить свою внешнюю электронную оболочку. Тип связи влияет на свойства вещества, включая реакционную способность.. Выделяют несколько типов химической связи:

Ионная связь обусловлена электрическим притяжением

между противоположно заряженными ионами. Типичный представитель - поваренная соль (NaCl).

Ковалентную связь образуют атомы с общей парой электронов. Типичный представитель — алмаз.

Металлическая связь связывает ионы металлов, “плавающие” в облаке нелокализованных электронов, что объясняет высокую гибкость и прочность металлов.

Силы Ван-дер-Ваальса - это все виды слабого межмолекулярного взаимодействия, кроме водородной связи.

Водородная связь обусловлена притяжением между атомом водорода и другими электроотрицательными атомами. Она может быть как межмолекулярной (вода, лед), так и внутримолекулярной (в молекуле ДНК). Количество атомов в частице сильно влияет на ее свойства Нанохимия изучает свойства и способы получения наночастиц. Одна из главных задач нанохимии - установление связи между размером и реакционной способностью.частицы. Выделяют две группы методов получения наночастиц:

Диспергационные (измельчение);

Конденсационные (восстановление из ионов и атомов). Наночастицы (кроме “магических”) так и норовят срастись. Чтобы этому помешать в систему вводят стабилизатор. Наночастицы могут обладать уникальными свойствами.

Наночастицы серебра убивают большинство известных вирусов и микробов. Фильстры для очистки воды и воздуха на ос-

<< | >>
Источник: Мария Рыбалкина. НАНОТЕХНОЛОГИИдля всех. 2005

Еще по теме Перспективы применения алмазоида:

  1. Перспективы применения алмазоида