Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 1. Методы синтеза наночастиц и нанопорошков
После взрыва конденсированные продукты синтеза собирают и об-
рабатывают в горячих минеральных кислотах под давлением для уда-
ления сажи и других примесей, многократно промывают в воде и су-
шат. Полученные агрегаты имеют сложную, разветвленную форму, 
поэтому могут быть «сцеплены» друг с другом механически и под дей-
ствием вандерваальсовых сил. Продукт подвергают диспергированию 
ультразвуком, затем разделяют на фракции с помощью центрифуг. 
Выход алмазного порошка составляет около 8 % от исходной массы 
взрывчатых веществ. Характерной особенностью алмазных нанопо-
рошков, получаемых детонационным синтезом, является чрезвычай-
но малая дисперсия размеров наночастиц — основная доля частиц 
имеет размер около 5 нм. Наблюдаемый в исследованиях узкий диа-
пазон размеров нанокристаллов алмаза является следствием того, что 
при малых размерах наночастиц именно алмаз, а не графит является 
термодинамически стабильной формой углерода. Это предположение 
подтверждают численные расчеты.
Детонационный метод имеет ряд недостатков, среди которых — 
противоречие необходимости быстрого понижения остаточной тем-
пературы и максимально долгого сохранения повышенного давления, 
чтобы повысить стабильность алмазной фазы. Помимо этого, для син-
теза алмаза обычно требуются дорогие и мощные взрывчатые веще-
ства (гексоген, сплав ТГ40), которые изготавливаются только на обо-
ронных предприятиях. Эту проблему отчасти решает необходимость 
экологически чистой утилизации различных боеприпасов, заряды 
из которых являются сырьем для синтеза наноалмазов.
При использовании в качестве исходных материалов детонаци-
онного синтеза металлов или химических соединений применяется 
химически нейтральная по отношению к конечному продукту газо-
вая или жидкая среда, способствующая быстрому охлаждению полу-
ченного вещества и стабилизации его высокотемпературных и мета-
стабильных кристаллических модификаций. Детонационный способ 
синтеза различных морфологических форм углерода и нанопорош-
ков оксидов Al, Mg, Ti, Zr, Zn описан в литературе. При детонацион-
ном способе синтеза слой исходного вещества (высокопористая ме-
таллическая среда, химическое соединение, золь или гель гидрооксида 
металла) подвергается ударно-волновому воздействию от контакт-
ного заряда взрывчатого вещества. В ударной волне происходит сжа-

---

57
1.9. Электровзрыв
тие и прогрев высокопористого металла или же протекают реакции 
разложения исходного соединения до оксида с последующей стаби-
лизацией оксидных фаз. После выхода ударной волны на свободную 
поверхность исходного вещества материал разлетается в газовую ат-
мосферу взрывной камеры или в жидкий охладитель. При исполь-
зовании углеродсодержащей атмосферы CO
2
удается синтезировать 
нанотрубки и сферические частицы углерода, а также нитевидные 
кристаллы MgO. Средний диаметр нитевидных кристаллов MgO со-
ставляет 60 нм, а отношение длины к диаметру достигает 100.
При использовании химических соединений как исходных мате-
риалов применяется химически нейтральная по отношению к по-
лучаемому материалу газовая или жидкая среда. Благодаря этому 
происходит быстрое охлаждение вещества и стабилизируются вы-
сокотемпературные и метастабильные кристаллические модифика-
ции. Детонационным методом получили также нанопорошок диок-
сида циркония ZrO
2
кубической модификации, стабилизированной 
оксидом иттрия. Средний размер частиц порошка составлял 30 нм.
1.9. Электровзрыв
Нанопорошки можно получать электрическим взрывом проводни-
ка при прохождении по нему мощного импульса тока длительностью 
около 1 мкс и плотностью от 10
4
до 10
6
А· мм
–2
. Для этой цели исполь-
зуется проволока диаметром от 0.1 до 1.0 мм. Электровзрыв прово-
дника представляет собой резкое изменение агрегатного состояния 
металла в результате интенсивного выделения энергии в нем при 
пропускании импульсного тока большой плотности. Электровзрыв 
сопровождается генерацией ударных волн и создает возможность 
быстрого нагрева металлов со скоростью более 1·10
7
K/с до высоких 
температур 
T 
> 10
4
K. На начальной стадии электровзрыва нагрев про-
водника сопровождается его линейным расширением с относитель-
но небольшой скоростью около 2 м/с. На стадии взрыва в результате 
прохождения импульса тока металл перегревается выше температу-
ры плавления, расширение вещества взрываемого проводника про-
исходит со скоростью до 5·10
3
м/с, и перегретый металл взрывообраз-
но диспергируется. Давление и температура на фронте возникающей 

---

58