El nanodiamante de detonación ( DND ), también conocido como diamante ultradisperso ( UDD ), es un diamante que se origina a partir de una detonación . Cuando se detona una mezcla explosiva deficiente en oxígeno de TNT / RDX en una cámara cerrada, se forman partículas de diamante con un diámetro de aproximadamente 5 nm en la parte delantera de la onda de detonación en el lapso de varios microsegundos.
El rendimiento de diamante después de la detonación depende crucialmente de la condición de síntesis y especialmente de la capacidad térmica del medio de enfriamiento en la cámara de detonación (agua, aire, CO 2 , etc.). Cuanto mayor sea la capacidad de enfriamiento, mayor será el rendimiento de diamante, que puede alcanzar el 90%. Después de la síntesis, el diamante se extrae del hollín utilizando un autoclave de alta presión y alta temperatura ( ) hirviendo en ácido durante un largo período ( aprox. 1-2 días ). La ebullición elimina la mayor parte de la contaminación metálica, que se origina en los materiales de la cámara, y el carbono que no es diamante.
Diversas mediciones, entre ellas la difracción de rayos X [1] y la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución [2] , revelaron que el tamaño de los granos de diamante en el hollín se distribuye alrededor de los 5 nm. Los granos son inestables con respecto a la agregación y forman espontáneamente cúmulos de tamaño micrométrico (véase la figura anterior). La adhesión es fuerte y los contactos entre unos pocos nanogranos pueden mantener un cúmulo de tamaño micrométrico adherido a un sustrato. [2]
El diamante de tamaño nanométrico tiene una superficie relativa extremadamente grande. Como resultado, su superficie se adhiere espontáneamente a las moléculas de agua e hidrocarburos de la atmósfera ambiental. [3] Sin embargo, se puede obtener una superficie de nanodiamante limpia con un manejo adecuado. [2]
Los granos de nanodiamantes detonados tienen en su mayoría una red cúbica de diamante y son estructuralmente imperfectos. Los defectos principales son maclas múltiples , como lo sugiere la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución. [2] A pesar de que la fuente de carbono para la síntesis de diamantes (mezcla explosiva TNT/RDX) es rica en nitrógeno, la concentración de nitrógeno paramagnético dentro de los granos de diamante es inferior a una parte por millón (ppm). [1] El nitrógeno paramagnético (átomos de nitrógeno neutro que sustituyen al carbono en la red del diamante) es la principal forma de nitrógeno en el diamante y, por lo tanto, el contenido de nitrógeno en el DND es probablemente muy bajo.
Los nanocristales de diamante también se pueden sintetizar a partir de una suspensión de grafito en un líquido orgánico a presión atmosférica y temperatura ambiente mediante cavitación ultrasónica. El rendimiento es de aproximadamente el 10%. Se estima que el costo de los nanodiamantes producidos por este método es competitivo con el proceso HPHT . [4] [5]
Una técnica de síntesis alternativa es la irradiación del grafito mediante pulsos láser de alta energía. La estructura y el tamaño de las partículas del diamante obtenido son bastante similares a las obtenidas por explosión. En particular, muchas partículas presentan maclado múltiple. [6]
Un grupo de investigación de la Universidad Case Western Reserve produjo nanodiamantes de 2 a 5 nm de tamaño en condiciones cercanas a las ambientales mediante un proceso de microplasma. [7] Los nanodiamantes se forman directamente a partir de un gas y no requieren ninguna superficie para crecer.
Existen productos comerciales basados en nanodiamantes disponibles para las siguientes aplicaciones:
Los nanomateriales pueden transportar medicamentos de quimioterapia a las células sin producir los efectos negativos de los agentes de administración actuales. Los grupos de nanodiamantes rodean los medicamentos, lo que garantiza que permanezcan separados de las células sanas, lo que evita daños innecesarios; una vez que alcanzan los objetivos previstos, los medicamentos se liberan en las células cancerosas. Los diamantes sobrantes, de los cuales cientos de miles podrían caber en el ojo de una aguja, no inducen inflamación en las células una vez que han hecho su trabajo. [12] [13]
En 2012, la empresa SKN recibió el Premio Ig Nobel de la Paz por convertir antiguas municiones rusas en nanodiamantes. [14]