СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОАЛМАЗОВ Российский патент 2010 года по МПК C30B7/04 C30B29/04 B82B3/00 

Изобретение относится к способам получения наноалмазов, имеющих большое промышленное значение в электронике в качестве высокотемпературных полупроводников, высокочувствительных счетчиков в сложных дозиметрических установках с мощным твердотельным лазером и т.д.

Известен низкотемпературный и низкобарический способ синтеза алмаза, основанный на спонтанной кристаллизации из водной среды, содержащей водорастворимые соединения углерода, в качестве которых используют смеси водных растворов простых водорастворимых органических соединений алифатического ряда, содержащих противоположно заряженные атомы углерода. При этом соединения берут в количественном соотношении, обеспечивающем суммарно нулевое окислительное число атомов углерода, и процесс ведут в водной среде при температуре 100-350°С и под давлением инертного газа - компрессанта 100-400 атм (патент РФ №2042748 на изобретение, кл. С30В 7/10, С30В 29/04, опубл. 27.08.1995).

К недостаткам известного способа относятся:

- сложность реализации способа, так как термодинамические свойства подходящих веществ значительно различаются и поэтому поддерживать «суммарное нулевое окислительное число атомов углерода» можно лишь в узком температурном интервале;

- низкая температура процесса требует значительного времени алмазной поликонденсации в водном растворе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ получения алмаза путем кристаллизации в водном растворе, содержащем водорастворимые соединения углерода. В раствор вводят, по крайней мере, одну кислоту или одно основание до рН среды в интервале от 0 до 13 и поддерживают температуру в интервале от 20°С до температуры кипения. Для ускорения разложения соединений углерода в водный раствор дополнительно вводят катализаторы процесса разложением углеродсодержащих веществ (патент РФ №2181794 на изобретение, кл. С30В 7/04, С30В 29/04, опубл. 27.04.2002 - прототип).

К недостаткам известного способа относятся:

- сложность реализации способа из-за необходимости контроля рН среды водного раствора в интервале от 0 до 13;

- низкая температура процесса требует значительного времени алмазной поликонденсации в водном растворе;

- необходимость использования дорогостоящей затравки (алмазной подложки), что приводит к повышению стоимости получения алмаза.

Технической задачей изобретения является упрощение способа получения наноалмазов в условиях низких температур и давлений.

Технический результат изобретения - простота реализации в сочетании с низкой стоимостью получения наноалмазов.

Поставленная техническая задача решается в способе получения наноалмазов путем кристаллизации из водного раствора простых воднорастворимых органических соединений, согласно изобретению, в качестве водного раствора простых воднорастворимых органических соединений используют спирт, при этом для стабилизации процесса формирования наноалмазов спирт смешивают с органическими азотосодержащими веществами, например аминокислотами, в смесь спирта и органических азотосодержаших веществ дополнительно вводят, по крайней мере, один щелочной металл для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта, и процесс кристаллизации осуществляют в закрытой камере при температуре 400-700°С в течение 4-120 часов.

В таком способе получения наноалмазов предпочтительно:

- в качестве спирта используют этиловый или метиловый спирты;

- в качестве щелочного металла применяют литий;

- в качестве щелочного металла применяют калий.

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. Берут 96%-ный водный раствор этилового спирта, в него добавляют в качестве органического азотосодержащего вещества 5% аспарагиновой аминокислоты (НООССН₂СH(NH₂)COOH). Полученный раствор помещают в металлический контейнер и вносят в него 2 г металлического лития для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта. Контейнер закрывают и нагревают до 400°С и поддерживают постоянную температуру в течение 120 часов. После естественного охлаждения контейнера его раскрывают и высушивают сухой остаток. Рентгеноструктурный и рамановский анализы показывают, что в полученном сухом остатке имеются частицы размером от 70 нм до 1 мкм, имеющие структурную решетку алмаза.

Пример 2. Берут 96%-ный водный раствор этилового спирта, в него добавляют в качестве органического азотосодержащего вещества 8% глицина (H₂NCH₂COOH). Полученный раствор помещают в металлический контейнер и вносят в него 3 г металлического калия для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта. Контейнер закрывают и нагревают до 500°С и поддерживают постоянную температуру в течение 80 часов. После естественного охлаждения контейнера его раскрывают и высушивают сухой остаток. Рентгеноструктурный и рамановский анализы показывают, что в полученном сухом остатке имеются частицы размером от 70-100 нм, имеющие структурную решетку алмаза.

Пример 3. Берут 96%-ный водный раствор этилового спирта, в него добавляют в качестве органического азотосодержащего вещества 10% треонина (CH₂CH(OH)CH(NH₂)COOH). Полученный раствор помещают в металлический контейнер и вносят в него 2 г металлического лития и 2 г металлического калия для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта. Контейнер закрывают и нагревают до 700°С и поддерживают постоянную температуру в течение 4 часов. После естественного охлаждения контейнера его раскрывают и высушивают сухой остаток. Рентгеноструктурный и рамановский анализы показывают, что в полученном сухом остатке имеются частицы размером от 70-80 нм, имеющие структурную решетку алмаза.

Наличие отличительных признаков обеспечивает заявляемому изобретению достижение положительного эффекта, выражающегося в создании нового простого способа получения наноалмазов в условиях низких температур и давлений.

Получение наноалмазов по заявляемому способу и их применение в электронике в качестве высокотемпературных полупроводников, высокочувствительных счетчиков в сложных дозиметрических установках с мощным твердотельным лазером и т.д. обеспечивает изобретению соответствие критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к технологии получения наноалмазов, имеющих большое промышленное значение в электронике в качестве высокотемпературных полупроводников, высокочувствительных счетчиков в сложных дозиметрических установках с мощным твердотельным лазером и т.д. Наноалмазы получают путем кристаллизации из водного раствора спирта (этилового или метилового), при этом для стабилизации процесса формирования наноалмазов спирт смешивают с аминокислотами, в полученную смесь дополнительно вводят, по крайней мере, один щелочной металл (литий или калий) для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта, и процесс кристаллизации осуществляют в закрытой камере при температуре 400-700°С в течение 4-120 часов. Технический результат изобретения заключается в упрощении способа получения наноалмазов в сочетании с низкой стоимостью их получения. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения наноалмазов путем кристаллизации из водного раствора простых воднорастворимых органических соединений, отличающийся тем, что в качестве указанного раствора используют спирт, при этом для стабилизации процесса формирования наноалмазов спирт смешивают с аминокислотами, в полученную смесь дополнительно вводят, по крайней мере, один щелочной металл для связывания свободных атомов водорода, выделяющихся в процессе разложения спирта, и процесс кристаллизации осуществляют в закрытой камере при температуре 400-700°С в течение 4-120 ч.

2. Способ получения наноалмазов по п.1, отличающийся тем, что в качестве спирта используют этиловый или метиловый спирты.

3. Способ получения наноалмазов по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного металла используют литий.

4. Способ получения наноалмазов по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного металла используют калий.