计算机辅助模拟爆轰条件 制备纳米金刚石
纳米金刚石是一种微小的碳结晶,化学性质和表面性质非常杰出,在量子计算、光电子学和医学方面具有广阔的应用前景。这些材料甚至比沙子还要小几十万倍。纳米金刚石早在三十多年前就已被研制出来,但其应用过去局限于做聚晶,抛光剂等磨料磨具领域。随着人们对纳米金刚石性质认识的深化,纳米金刚石已在润滑油,金属镀膜,磁性记录系统,医学等领域开始获得应用,并且应用领域还在不断扩展。
为了制造这些纳米宝石,有机爆炸分子在受控环境中受到强烈的爆轰作用。
然而,这些爆炸力不容易促进纳米金刚石的形成,即使在实验室条件下也是如此。
为了解决这一障碍,两名法国研究人员提出了一种新颖的方法,除此之外还有一个计算机模型,它能够在短时间内模拟不可预测的爆炸条件。
研究人员在AIP出版的《化学物理学杂志》上报道了他们的研究成果。
“理解形成纳米金刚石的过程对于调整材料性能,使它们更适合于特定用途显得至关重要”,文章作者XavierBidault如此说。
Bidault和他的合著者NicolasPineau使用了一种被称为反应分子动力学的模拟方法。
这种模拟复制了系统的时间演化,另外,这个系统模拟复杂的化学反应甚至达到了原子水平。
“原子能级相互作用模型对于真正了解形成过程至关重要。它为我们逐步地分析富含碳的化合物如何在高压、高温系统中形成纳米金刚石提供了一种密切的方法,”NicolasPineau说。
然而,实际的实验分析是不可行的,因为爆轰时间极其短暂而且条件严苛。因此,科学家必须依靠原子水平的模拟来证明这种化学过程是如何发生的。
这个模型表明,纳米金刚石的形成需要压力和温度演化之间的微妙平衡。
如果爆轰的初始压力很低,就会形成固体碳,而不是钻石。
另一方面,如果爆轰压力过高,纳米金刚石的碳“种子”会受到氮、氧或其他元素的污染,这些元素会抑制材料向金刚石转变。
经过五十多年的辛勤研究,研究人员已经知道,爆轰才是形成纳米金刚石的原因。
在接下来的二十年里,为了证明这一点,纳米金刚石形成的原子级细节仍然是一个亟需解决的问题。
富碳有机爆炸物的爆轰是合成纳米金刚石最常用的工业方法。小行星撞击地球或火山爆发也会自然形成天然钻石。
“我们的工作表明,很高的初始压力似乎是一个正确的道路,然后我们需要让压力急剧下降,”Bidault说。
这项研究由法国国家研究机构(ANR),圣路易斯法德研究所(ISL)和法国可再生能源和原子能委员会(CEA)支持,目前这只是这个全球性项目的初始部分。
文章来自azonano网站,原文题目为ComputerModelDeterminesIdealConditionstoDevelopNanodiamonds,由材料科技在线汇总整理。