Новая модель помогает определить оптимальную температуру и давление для производства наномерных алмазов
Наноалмазы имеют уникальную поверхность и химические свойства, могут использоваться в медицине, оптоэлектронике и квантовых компьютерах. Но способ производства усложняет наблюдение за процессом формирования таких структур. Пара французских исследователей решила эту проблему.
Для получения наномерных алмазов ученые подвергают органические молекулы воздействию мощных взрывов в контролируемой среде. Это усложняет изучение процесса формирования структур, даже в лабораторных условиях, сообщает eurekalert.org. Для решения проблемы пара исследователей из Франции создала процедуру и компьютерную модель, способную симулировать состояние при взрыве в очень короткие промежутки времени. Результаты исследования команда представила в The Journal of Chemical Physics.
«Понимание процесса формирования наноалмазов необходимо для управления и изменения их свойств, делая материал более подходящим для конкретных задач», — сказал соавтор работы, Ксавье Бидо, сотрудник CEA DAM Ile-de-France.
Вместе с Николя Пино специалист использовал симуляцию, известную как реактивная молекулярная динамика. Процесс воссоздают временную эволюцию сложных, химически реактивных систем на атомном уровне.
«Такое разрешение необходимо для понимания процесса, — сказал Пино. – Оно позволяет поэтапно проанализировать, как богатые углеродом вещества формируют наноалмазы при высоком давлении и температуре».
Учитывая условия взрыва, экспериментальные исследования бывают непрактичными. В результате ученым приходится полагаться на симуляции на атомном уровне для рассмотрения химических процессов.
Проект показал, что для формирования наноалмазов необходимо шаткое равновесие эволюции температуры и давления. При слишком слабом взрыве появляется только углерод. Чрезмерное давление детонации приведет к загрязнению «семян» наноалмазов другими элементами, вроде кислорода и азота, что не даст им переродиться в конечный материал.
О том, что таким наноструктурам требуется взрыв для появления, ученым известно более 50 лет. Но вопрос о подробностях процесса оставался открытым минимум последние 20 лет. Теперь исследователям удалось пролить свет на условия, необходимые для получения наноалмазов.
