Рефракция гидрозолей с частицами состава алмаз/аморфный углерод

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В данной работе проведены рефрактометрические исследования гидрозолей, содержащих наночастицы алмаза. Образцы для исследования были получены из порошка алмаза статического синтеза, прошедшего предварительную стандартную очистку отмыванием в сильных кислотах и ультразвуковую обработку. После дополнительного многократного отмывания, центрифугирования, ультразвуковой обработки и отстаивания в течение месяца были получены образцы, частицы которых отличались долей аморфного углерода в них. Размер частиц в образцах был менее 100 нм. Для анализа данных рефрактометричеcких исследований были получены формулы, позволяющие по результатам измерений показателя преломления и плотности золей, содержащих частицы алмаза, определять долю аморфного углерода в частицах и толщину поверхностного слоя, который он образует. Согласно проведенным рефрактометрическим исследованиям, определены соотношения между долями кристаллического алмаза и аморфного углерода в частицах. Проведенные исследования показали, что рефрактометрический анализ состава частиц может быть использован для контроля качества при промышленном получении наноалмазов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

О. С. Везо

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru

Физический факультет

Russian Federation, Ульяновская ул., 1, Петродворец, Санкт-Петербург, 198504

А. В. Войтылов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru

Физический факультет

Russian Federation, Ульяновская ул., 1, Петродворец, Санкт-Петербург, 198504

В. В. Войтылов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru

Физический факультет

Russian Federation, Ульяновская ул., 1, Петродворец, Санкт-Петербург, 198504

М. П. Петров

Санкт-Петербургский государственный университет

Author for correspondence.
Email: m.p.petrov@spbu.ru

Физический факультет

Russian Federation, Ульяновская ул., 1, Петродворец, Санкт-Петербург, 198504

А. А. Трусов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru

Физический факультет

Russian Federation, Ульяновская ул., 1, Петродворец, Санкт-Петербург, 198504

References

  1. Михеев К.Г., Шендерова О.А., Когай В.Я., Могилева Т.Н., Михеев Г.М. Раман-спектры наноалмазов детонационного и статического синтеза и влияние лазерного воздействия на их спектры люминсценции // Химическая Физика и Мезоскопия. 2017. Т. 19. № 3. С. 397–408.
  2. Рейх К.В. Оптические свойства суспензий наноалмазов // Письма ЖЭТФ. 2011 Т. 94. № 1. С. 23–27. https://doi.org/10.1134/S0021364011130169
  3. Михеев Г.М., Ванюков В.В., Могилева Т.Н., Пузырь А.П., Бондарь В.С., Свирко Ю.П. Насыщающееся поглощение в водных суспензиях детонационных наноалмазов при облучении фемтосекундными лазерными импульсами // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. № 24. С. 9–16. https://doi.org/10.1134/S1063785015120263
  4. Гриняев Н.С., Нявро А.В., Копцев А.П., Черепанов В.Н. Широкополосное поглощение нанокластеров алмаза // Изв. ВУЗов. Физика. 2012. Т. 55. № 8/2. С. 173–174.
  5. Mikheev G.M., Vanyukov V.V., Mogileva T.N., Mikheev K.G., Aleksandrovich A.N., Nunn N.A., Shenderova O.A. Femtosecond optical nonlinearity of nanodiamond suspensions // Applied Sciences. 2021. V. 11. № 12. P. 5455. https://doi.org/10.3390/app11125455
  6. Klemeshev S.A., Petrov M.P., Trusov A.A., Vojtylov V.V. Light scattering in colloids of diamond and graphite // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2012. V. 400. P. 52–57. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.02.045
  7. Петров М.П., Войтылов В.В., Клемешев С.А. Влияние электрического поля на рассеяние света водными коллоидами алмаза и графита // Опт. Спектр. 2011. Т. 111. № 5. С. 871–879. https://doi.org/10.1134/S0030400X11090207
  8. Babadzhanyants L.K., Voitylov A.V., Voitylov V.V., Trusov A.A. Analysis of polydispersity of macromolecular and nanodisperse systems by electrooptical methods // Polymer Science Series C. 2010. V. 52. P. 93–104. https://doi.org/10.1134/S181123821001011X
  9. Vlasov I.I., Shenderova O., Turner S., Lebedev O.I., Basov A.A., Sildos I., Rähn M., Shiryaev A.A., Van Tendeloo G. Nitrogen and luminescent nitrogen‐vacancy defects in detonation nanodiamond // Small. 2010. V. 6. № 5. P. 687–694. https://doi.org/10.1002/smll.200901587
  10. Baranov P.G., Soltamova A.A., Tolmachev D.O., Romanov N.G., Babunts R.A., Shakhov F.M., Kidalov S.V., Vul’ A.Y., Mamin G.V., Orlinskii S.B., Silkin N.I. Enormously high concentrations of fluorescent nitrogen-vacancy centers fabricated by sintering of detonation nanodiamonds // Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany). 2011. V. 7. № 11. P. 1533–1537. https://doi.org/10.1002/smll.201001887
  11. Boudou J.P., Curmi P.A., Jelezko F., Wrachtrup J., Aubert P., Sennour M., Balasubramanian G., Reuter R., Thorel A., Gaffet E. High yield fabrication of fluorescent nanodiamonds // Nanotechnology. 2009. V. 20. № 23. P. 235602. https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/23/235602
  12. Tisler J., Balasubramanian G., Naydenov B., Kolesov R., Grotz B., Reuter R., Boudou J.-P., Curmi P.A., Sennour M., Thorel A., Börsch M., Aulenbacher K., Erdmann R., Hemmer P.R., Jelezko F., Wrachtrup J. Fluorescence and spin properties of defects in single digit nanodiamonds // ACS Nano. 2009. V. 3. № 7. P. 1959–1965. https://doi.org/10.1021/nn9003617
  13. Vaijayanthimala V., Lee D.K., Kim S.V., Yen A., Tsai N., Ho D., H.-Ch. Chang, Shenderova O. Nanodiamond-mediated drug delivery and imaging: challenges and opportunities // Expert Opinion on Drug Delivery. 2015. V. 12. № 5. P. 735–749. https://doi.org/10.1517/17425247.2015.992412
  14. Chao J.I., Perevedentseva E., Chung P.H., Liu K.K., Cheng C.Y., Chang C.C., Cheng C.L. Nanometer-sized diamond particle as a probe for biolabeling // Biophysical J. 2007. V. 93. № 6. P. 2199–2208. https://doi.org/10.1529/biophysj.107.108134
  15. Pandey K.C. New dimerized-chain model for the reconstruction of the diamond (111)-(2×1) surface // Phis. Rev. B. 1982. V. 25. № 6. P. 4338–4346. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.25.4338
  16. Алексенский А.Е., Вуль А.Я., Коняхин С.В., Рейх К.В., Шаронова Л.В., Эйдельман Е.Д. Оптические свойства гидрозолей детонационных наноалмазов // ФТТ. 2012. Т. 54. № 3. С. 541–548.
  17. Williams O.A., Hees J., Dieker C., Jager W., Kirste L., Nebel C.E. Size-dependent reactivity of diamond nanoparticles // ACS nano. 2010. V. 4. № 8. P. 4824–4830. https://doi.org/10.1021/nn100748k
  18. Везо О.С., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Петров М.П., Трусов А.А. Агрегация частиц алмаза и графита в водных электролитах AlCl3. Электрооптические исследования // Коллоид. журн. 2022. Т. 84. № 3. С. 251–262. https://doi.org/10.31857/S0023291222030132
  19. Petrov M.P., Shilov V.N., Trusov A.A., Voitylov A.V., Vojtylov V.V. Electro-optic research of polarizability dispersion in aqueous polydisperse suspensions of nanodiamonds // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2016. V. 506. P. 40–49. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.05.087
  20. Popov C., Kulisch W., Gibson P.N., Ceccone G., Jelinek M. Growth and characterization of nanocrystalline diamond/amorphous carbon composite films prepared by MWCVD // Diamond and Related Materials // 2004. V. 13 № 4–8. P. 1371–1376. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2003.11.040
  21. Popov C., Kulisch W., Boycheva S., Yamamoto K., Ceccone G., Koga Y. Structural investigation of nanocrystalline diamond/amorphous carbon composite films // Diamond and Related Materials // 2004. V. 13. № 11–12. P. 2071–2075. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2004.04.001
  22. Xu H., Zang J., Yuan Y., Yan S., Tian P., Wang Y., Xu X. Fabrication and microstructural characterization of the diamond@amorphous carbon nanocomposite core/shell structure via in-situ polymerization // Ceramics International. 2019. V. 45. № 15. P. 18430–18438. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.060
  23. Vul’ A.Ya., Eydelman E.D., Sharonova L.V., Aleksenskiy A.E., Konyakin S.V. Absorbtion and scattering of light in nanodiamond hydrosols // Diamond and Related Materials. 2011. V. 20. № 3. P. 279–284. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2011.01.004
  24. Calderón-Martínez M.C., Gil-Tolano M.I., Navarro-Espinoza S., Meléndrez R., Chernov V., Barboza-Flores M. Optical properties and functional groups characterization of commercial HPHT micro-diamond samples // Optical Materials. 2022. V. 131. P. 112592. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112592
  25. Вукс М.Ф. Электрические и оптические свойства молекул и конденсированных сред. Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1984.
  26. Graham S.C. The refractive indices of isolated and of aggregated soot particles // Combustion Science and Technology. 1974. V. 9. № 3–4. P. 159–163. https://doi.org/10.1080/00102207408960351
  27. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. М.: Наука, 1961. 536 c.
  28. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 c.
  29. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде. М.: Гослитиздат, 1951.
  30. Vezo O.S., Voitylov A.V., Voitylov V.V., Petrov M.P., Trusov A.A. Aggregation of diamond and graphite particles in aqueous AlCl3 electrolytes. Electrooptical studies // Colloid Journal. 2022. V. 84. № 3. P. 243–253. https://doi.org/10.1134/S1061933X22030139
  31. Trusov A.A., Vojtylov V.V. Electrooptics and conductometry of polydisperse systems, CRC Press, 1993. 145 p.
  32. Денисов С.А., Дзидзигури Э.Л., Спицын Б.В., Соколина Г.А., Болдырев Н.Ю. Очистка и модификация продукта детонационного синтеза алмаза // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2011. № 2. С. 89–98.
  33. Klemeshev S.A., Petrov M.P., Rolich V.I., Trusov A.A., Voitylov A.V., Vojtylov V.V. Static, dynamic and electric light scattering by aqueous colloids of diamond // Diamond and Related Materials. 2016. V. 69. P. 177–182. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.08.016
  34. Шифрин К.С. Рассеяние света на двуслойных частицах // Изв. АН СССР. Серия геофизическая. 1952. № 2. С. 15–21.
  35. Iwaki M. Estimation of the atomic density of amorphous carbon using ion implantation, SIMS and RBS // Surface and Coatings Technology. 2002. V. 158. P. 377–381. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00247-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence (ns – n0)/(ps – p0) on r at λ = 657.2 nm.

Download (69KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Size distribution of diamond particles.

Download (95KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Particle size distribution functions.

Download (77KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diffractogram of the dispersed phase.

Download (95KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of ns on ps at λ = 657.2 nm. Dots are an experiment, diamond particles are a stroke, amorphous carbon particles are a dashpoint.

Download (71KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies