Таблица 3. Продукты алмазной поликонденсации зависят от состава и размера макромолекул .
Двумерная система ковалентных связей с взаимодействием Ван-дер-Ваальса в третьем измерении (графит, sp2) при малом числе атомов менее выгодна трехмерной системе ковалентных связей (алмаз, sp3). Одномерная система ковалентных связей с взаимодействием Ван-дер-Ваальса в двух измерениях еще менее устойчива к температурным флуктуациям (карбин, sp1). В карбине высокая подвижность электронов вдоль цепочки ковалентных связей сопровождается изменением типа связи (-CºC-CºC- < =C=C=C=C=) вдоль цепи. Эта неустойчивость характерна для sp1 гибридизации и зависит от длины цепи и числа атомов водорода на концах цепи. В графите конечных размеров подвижность электронов в слое зависит от структуры слоя и числа граничных атомов водорода. В алмазе конечных размеров подвижность электронов имеет место только на реконструированной поверхности и зависит от характера и типа реконструкции (водород или кислород). Алмазоуглеводород имеет гораздо более высокую поверхностную подвижность электронов, нежели алмазоспирт и алмазокетон. Учет диффузии атомов водорода сильно осложнит эту простую картину. Из этого рассуждения видно, что углеродная частица с алмазной sp3 сердцевиной может содержать другие фазы sp2 и sp1, которые могут присутствовать только в виде димеров и фрагментов, т.е. быть не сплошными фазами.
Дополнительные аргументы в пользу димеров вытекают из расчетов границы зерен в нанокристаллическом алмазе .
Подход к наноалмазу как к макромолекуле предложен в 1993 и показан в таблице 3 , но, к сожалению, вплоть до настоящего времени редко принимается во внимание при анализе термодинамической устойчивости и кинетической достижимости различных форм, структур и состояний наноалмаза. Однако последние публикации свидетельствуют, что проблема молекулы алмаза далеко не тривиальна и задача эта далеко не исчерпана.
4.2 Микроэмульсии и катализ наночастицами углерода
Перспективы химического применения алмазных пленок связаны с развитием фотохимической функционализации поверхности . Масс-спектрометрия одиночных частиц наноалмаза позволяет надеяться на быстрый прогресс в получении монодисперсных по свойствам распределений ND, которые можно электрофорезом наносить на любые поверхности для инициации роста пленок и получения супрамолекулярных структур с заданными свойствами.
Микроэмульсии, в которых удается разделить наноалмаз на отдельные молекулы (квантовые точки), являются наиболее перспективным практическим способом технологической работы с наноалмазом и основой будущей алмазной нанотехнологии.
В представлениях о "ферментативном" катализе наночастицами и квантовыми точками, включая наноалмаз и луковицы, происходит в буквальном смысле переворот.
5. Новые применения алмазных нанотехнологий
5.1 Традиционные применения наноалмаза
Основными применениями, где наноалмаз показал свою эффективность, являются полировка различных электронных и оптических материалов, инициация роста алмазных пленок и холодные катоды. Эти направления достаточно хорошо описаны, и по ним есть подробная библиография. Кроме традиционных применений для полировки, роста пленок и автоэмиссионных катодов, наноалмаз интересен также для выделения и очистки белков.
5.2 Свойства нанокристаллических алмазных пленок
Как инициатор роста при получении алмазных пленок наноалмаз используется очень давно, но только за последний год были получены принципиально новые результаты в этой области.
Нанокристаллические столбчато-структурированные алмазные пленки с диаметрами столбиков менее 100 нм и толщины в диапазоне 1-5 мкм были выращены на кремниевых подложках химическим нанесением из пара (CVD) в микроволновом плазменном реакторе с очищенным метаном и водородом . Однородная конформная нуклеация с плотностью более 1012 см-2 проводилась наноалмазом, что позволяло получать оптически качественные пленки. Толщина пленки измерялась insitu методом лазерной рефрактометрии. Зернистость и оптическое качество пленок оценивались электронной микроскопией и КР спектрами. Экспериментальные дисперсионные кривые поверхностных акустических волн позволяли определять средние значения плотности и модуля Юнга алмазных пленок. Плотность была близка к плотности монокристалла алмаза. Модуль Юнга имел значения между 517 и 1120 ГПа в зависимости от плотности нуклеации. Модуль Юнга в пленках, которые были выращены с плотностью нуклеации ³ 1012 см-2, был близок к его значениям для монокристалла алмаза. Коэффициент температуропроводности в этих пленках был измерен методом бегущей волны. Его значения для?алмазных нанокристаллических пленок толщиной ~3,5 мкм с плотностью нуклеации ³ 1012 см-2 составляли ~7,2 см2/с и ~5,5 см2/с для алмазных пленок с более низкой плотностью нуклеации .
Рис. 6. а) КР спектры NCD пленок. Из работы. б) КР спектры UNCD пленок.
Сравним нано кристаллические и ультрананокристаллические алмазные пленки.
Исследованы NCD и UNCD тонкие алмазные пленки, выращенные на n-типе Si (100) подложек в микроволновом плазменном реакторе с частотой 2,45 ГГц при температуре 800 °C. Рост этих типов пленок инициировался наноалмазом в ультразвуковой ванне, чтобы достичь высокой плотности нуклеации. UNCD пленки толщиной 0,75 мкм растили, используя 1 % метана и 99 % аргона при давлении 150 мм рт. ст. в течение двух часов с потоком газа 100 см3/с. NCD пленки толщиной 0,5 0,2 мкм растили, используя очищенный водород со скоростью подачи 900 см3/с и высокоочищенный метан (99.999 %) со скоростью потока 3 см3/с при полном давлении 15 мм рт. ст. Образцы были очищены в кислотных ваннах и затем были обработаны в высокочастотной (13,56 МГц) плазме водорода (15 мм рт. ст.) в течение 20 минут .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.