Детонационные наноалмазы. Синтез, свойства и применение
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
Реферат
на тему: Детонационные наноалмазы. Синтез, свойства и применение
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. ВЗРЫВ И ДЕТОНАЦИЯ
. МЕХАНИЗМ И ОСОБЕННОСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА НАНОАЛМАЗОВ
. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Ультрадисперсный алмаз, или наноалмаз, - это углеродная структура, имеющая кристаллическую решетку типа алмаза и размеры от 1-10 нм. Наноалмазы были впервые получены в 1963 году, и менее чем за полвека нашли применение в технологии и промышленности.
Природный алмаз известен не только как один из самых дорогих драгоценных камней. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как исключительная твердость, износостойкость, высокая теплопроводность и прочность, он широко применяется для изготовления различных инструментов и оборудования, используется в технике и радиоэлектронике. Алмаз разрезает любые материалы, выдерживает высокие нагрузки температуры и давления. Уже после второй мировой войны спрос на технический алмаз значительно превысил возможности добычи, появилась необходимость производства синтетических алмазов.
В естественных условиях алмаз образуется в земных недрах на больших глубинах, где на углерод воздействуют высокие давления и температуры, что обусловливает высокую упаковку атомов в структуре алмаза. Метод воздействия на углеродное сырье такими условиями, при которых стабильной является алмазная фаза, получил название статического.
В динамическом синтезе графит или иной углеродосодержащий материал подвергается кратковременному ударному воздействию. Одним из видов динамического метода является детонационный, когда взрывчатое вещество вместе с реакционной смесью помещается во взрывную камеру. Причем оказалось, что наличие графитсодержащей смеси необязательно - алмаз синтезировался из углерода продуктов детонации.
В процессе производства алмазов взрывным способом образовывались алмазные частицы размером менее 100 нм. Они содержались в углеродной пыли, оседавшей на стенках камер. Открытие этих частиц принадлежит советским ученым ВНИИТФ города Снежинска В. Даниленко, В. Елину, К. Волкову. Независимые разработки по синтезу ультрадисперсных алмазов велись в США, а в 84 году началось опытно-промышленное производство наноалмазов в Бийске. Были получены агрегаты размером от 10 до 100 нм, обладающие различными свойствами, развивались области их применения. В последние годы заметно вырос интерес к изучению путей и возможностей использования наноалмазных частиц в биологии и медицине. Наноалмазы применяются в гальванике, значительно меняя свойства покрытий. Широкими возможностями использования детонационного наноалмаза в различных областях современных технологий обусловлена актуальность данной темы.
1. ВЗРЫВ И ДЕТОНАЦИЯ
Взрыв - физический или химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме, приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду. При взрыве содержащаяся в веществе потенциальная энергия (химическая, атомная, термоядерная, тепловая) быстро превращается в механическую работу, совершаемую образовавшимися сжатыми и нагретыми газами.
Работоспособность взрывчатого вещества определяется величиной потенциальной энергии на единицу массы, которая освобождается при взрыве. Для различных химических взрывчатых веществ она составляет от 2500 до 6700 кДж/кг. Эта энергия невелика, например, в сравнении с имеющейся у бензина(46090 кДж/кг), но работоспособность определяется и скоростью выделения энергии. Другим фактором силы взрыва является объем газов или пара, образующихся при взрыве одного кг взрывчатого вещества. Эта величина может принимать значения в пределах 600-1100 л при нормальном атмосферном давлении, причем образовавшиеся газы имеют температуры до 3000-4000 К, что и определяет их способность совершать работу при расширении. Процесс превращения взрывчатых веществ в газообразные продукты происходит за счет окисления углерода кислородом, содержащимся в этом взрывчатом веществе, то есть без притока кислорода извне. Быстрота выделения и огромное давление сжатых газов при их расширении создают в окружающей среде ударные волны, а граница взрывчатое вещество - среда двигается с большой скоростью, уплотняя и разрушая среду. Максимальная скорость распространения газообразных продуктов при беспрепятственном расширении (в вакууме) оценивается зависимостью:
,
где Q - теплота взрывчатого превращения, k - средний показатель адиабаты расширения газов.
Для типичных взрывчатых веществ (? = 1,6 г/см) эта скорость может достигать 15 км/с.
Продукты взрыва расширяются в 800-1600 раз, следовательно, радиус предельного объема будет в 10-12 раз больше радиуса заряда. Зная предельный объем, можно оценить энергию продуктов после их расширения.
Начальная энергия взрыва заряда
где m - масса заряда. Следовательно, в среду, в виде ударной волны, переходит энергия:
При k = 7/5 отношение энергии ударной волны к начальной энергии взрыва будет равно 97%, а при k = 5/4 - 91%. Таким образом, подавляющая часть энергии перейдет в среду.
Работу расширения продуктов взрыва можно оценить, учитывая уравнения адиабатического процесса и уравнен?/p>