Семинары

Эти удивительные наноалмазы

21 января в ЛНФ прошел общелабораторный семинар, посвященный свойствам детонационных наноалмазов. На семинаре выступили сотрудники Физико-технического института имени А.Ф.Иоффе (Санкт-Петербург) А.Т.Дидейкин - с докладом "Детонационные наноалмазы. Структура и свойства" и А.В.Швидченко - "Детонационные наноалмазы в жидкой среде. Золи и гели".

Обсудить перспективы исследований с очень холодными нейтронами на новом дубненском источнике нейтронов приехал в Дубну Валерий Несвижевский (ИЛЛ, Гренобль, Франция). Он не пропустил и этот семинар: Сегодня в ЛНФ выступают сотрудники лаборатории, которая работает с уникальными образцами - алмазами размером несколько нанометров. Они работают с ними давно и являются одними из лучших, если не лучшими специалистами по этому виду материи - наноалмазы имеют много уникальных свойств, поэтому их относят чуть ли не к отдельному виду материи. У нас есть совместная работа, которая связана с тем, что наноалмазы - уникальные, самые лучшие отражатели медленных нейтронов - тех, которые находятся между холодными и ультрахолодными. Так называемые очень холодные нейтроны не отражаются ни от какого вещества, а благодаря совпадению длины волны нейтрона и размера наночастицы алмаза, большому рассеивающему потенциалу и маленьким потерям нейтрона, такая среда отражает очень холодные нейтроны. В результате можно делать отражатели очень холодных нейтронов для источников нейтронов - для экспериментов, для доставки нейтронов, и мы вместе над этим работаем.

Мы занимаемся этими объектами уже лет десять, а с коллегами из Института имени Иоффе познакомились около года назад, и в Дубну они приехали впервые. Эта работа объединяет не только Гренобль, Дубну и Институт имени Иоффе, но и еще несколько разных центров во Франции, России и других странах. Им интересно исследовать свойства самих наноалмазов, нам - их использование в качестве отражателей нейтронов. В каком-то смысле мы друг друга нашли, потому что им тоже интересно, когда кто-то использует их образец не в тех количествах, как они обычно - микрограммы, миллиграммы, а килограммами - нам нужно 100 кг. А использование их в качестве отражателей нейтронов - наше совместное с ЛНФ изобретение.

Слева направо: Е.В.Лычагин (ЛНФ), А.Т.Дидейкин (ФТИ) и В.Несвижевский (ИЛЛ).

- Очень приятно посетить Дубну, коль скоро у вас возник интерес к замечательному материалу, которым мы занимаемся с 1991 года, - начал свое выступление А.Т.Дидейкин. И познакомил нас с историей вопроса. Первый успешный синтез алмаза из графита в присутствии металла-катализатора был продемонстрирован в 1953 году. Наноалмаз - точно такой же продукт, только условия его синтеза более жесткие. В СССР искусственные алмазы были синтезированы в 1967 году другим методом - путем осаждения из газовой фазы углеводородов. Мысль о синтезе алмаза в условиях детонационной волны взрывчатого вещества не нова. Углерод входит в состав взрывчатки - из этого исходят при промышленном синтезе алмазов, а технология детонационного синтеза наноалмазов по сути такова: взорвать и собрать копоть. И процесс это очень быстрый, в отличие от длительной технологии выращивания кристаллов под давлением. Но - если быстро не сбросить возникающую при взрыве высокую температуру, то образовавшиеся алмазы тут же обратятся в неалмазную sp2-фазу углерода.

Исследования показали, что наночастицы алмаза, прошедшие полную очистку, имеют правильную форму - октаэдрическую или кубическую. Но они образуют агломераты и агрегаты размером около 100 нанометров, и сначала получить более мелкие образования не удавалось никаким способом. Группа А.Т.Дидейкина нашла метод деагломерации детонационных алмазов, и в результате были получены наноалмазы размером 4,5 нанометра. Деагломерированные детонационные наноалмазы абсолютно черные, и с чем это связано - пока не понятно.

О проводимых исследованиях и удивительных свойствах детонационных наноалмазов в жидкой среде рассказал А.В.Швидченко. Наноалмазы в жидкой среде образуют золи - это изолированное состояние наночастиц в жидкости, которое характеризуется необыкновенной устойчивостью. Гидрозоли не проявляют никаких признаков расслоения в течение лет, а первые гидрозоли были получены в ФТИ в 2011 году. И не только в воде, но и в органических растворителях. Хотя в физиологическом растворе наноалмазы не так устойчивы, они имеют большие перспективы применения в биологии и медицине.

- Я увидела в одном из слайдов презентации ссылку на работу М.В.Авдеева из ЛНФ. Вы с ним сотрудничаете? - спросила я после выступления А.Т.Дидейкина.

- Мы любезно воспользовались методами, которые он развивал, потому что нейтронное рассеяние - крайне эффективный метод для исследования сплошных систем с переменной плотностью: "залезть" внутрь наносистемы, которая представляет собой подвешенные в жидкости наночастицы или разного рода конформации из этих наночастиц, кроме нейтронов, вообще говоря, по-другому не удается. Я упоминал метод динамического светового рассеяния, но он имеет крайне ограниченную функциональность для таких систем. Миша Авдеев, со своей стороны, развивает сам метод нейтронного рассеяния, а нам крайне интересно было узнать, каким образом собираются вместе или не собираются частицы детонационного наноалмаза после деагломерации.

И крайне интересным и неожиданным было то, что они образуют вторичные конфигурации, и в жидкости отдельные частицы наноалмаза встречаются крайне редко. Это один из парадоксальных результатов, который был получен за последнее время. Мы будем продолжать работать, чтобы связать отсутствие этих отдельных частиц в динамическом световом рассеянии и сопоставить с данными нейтронного рассеяния, чтобы устранить принципиальное противоречие. Кроме того, эти "снежинки", как я бы их назвал, действительно, объективно существуют, и сейчас есть данные, полученные при съемке с просвечивающего электронного микроскопа с корректируемыми аберрациями с криоприставкой, когда можно гидрозоль деагломерированного наноалмаза мгновенно заморозить. На нем были получены данные, которые указывают на то, что они объективно существуют. Вопрос: какими силами они удерживаются вместе? Коллоидной химией, собственно говоря, частью которой является структура гидрозолей, которые образуют наноалмазы, такая вещь непосредственно не предсказывается, поэтому нам крайне интересно.

- И сотрудничество с ЛНФ будет продолжаться?

- Да, безусловно, потому что нейтронное рассеяние - один из самых эффективных методов для исследования наших систем, именно коллоидных наносистем с детонационными наноалмазами.

Ольга Тарантина, фото автора