Sinteza undelor de șoc sau sinteza detonației ( ing. sinteza undelor de șoc ) este o metodă de acțiune mecanică a undelor de șoc , care este un proces cu curgere rapidă care creează condiții dinamice pentru sinteza produsului final și dispersia acestuia într- o pulbere cu o particule nanometrice . dimensiune .
Sinteza detonației este utilizată pentru a obține diferite forme morfologice de carbon , în principal pulbere de diamant nanocristalin ( nanodiamond ) și nanopulberi de oxid de diferite metale: Al, Mg, Ti, Zr, Zn etc.
Când nanopulberile de diamant sunt obținute din amestecuri de grafit cu metale, durata undei de șoc este de 10–20 μs, iar presiunea generată ajunge la 20–40 GPa . Mai avansată din punct de vedere tehnologic este producția de pulberi de diamant prin explozia de substanțe organice cu un conținut ridicat de carbon și un conținut relativ scăzut de oxigen, adică detonarea explozivilor condensați cu un echilibru negativ de oxigen; în acest caz, în timpul exploziei se eliberează carbon liber, din care se formează faza de diamant. Există două variante ale sintezei de detonare a nanopulberilor de diamant din explozivi condensați care conțin carbon și cu un echilibru negativ de oxigen: în sinteza „uscata” a nanoparticulelor de diamant, produsele de explozie se extind într-o atmosferă inertă și se răcesc în faza gazoasă; în cazul sintezei „apă”, se folosește un răcitor de apă al particulelor de diamant obținute.
Presiunea a sute de mii de atmosfere și temperaturi de până la câteva mii de grade care caracterizează procesul de detonare corespund regiunii de stabilitate termodinamică a fazei de diamant pe diagrama p–T a stărilor posibile ale carbonului. Totodată, în sinteza detonației, la scurt timp de existență a presiunilor și temperaturilor ridicate necesare formării diamantului, un rol important revine cineticii formării și creșterii nucleelor fazei de diamant. De obicei, amestecuri de trinitrotoluen și hexogen într-un raport de greutate de 1: 1 sau 3: 2 sunt folosite pentru a obține nanopulberi de diamant, camere speciale explozive umplute cu dioxid de carbon inert sau care împiedică oxidarea particulelor de diamant formate și transformarea lor în grafit. . Formarea nanoparticulelor de diamant are loc în 0,2–0,5 μs, deoarece în sinteza detonației, cu un timp foarte scurt pentru formarea particulelor de diamant, rata de creștere a acestora este cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea pentru condiții statice. După explozie, produsele de sinteză condensate sunt colectate și tratate în acizi minerali fierbinți sub presiune pentru a îndepărta funinginea și alte impurități, spălate în mod repetat în apă și uscate. Producția de pulbere de diamant este de 8-9% din masa inițială a explozibililor. O trăsătură caracteristică a nanopulberilor de diamant obținute prin sinteza detonației este o dispersie extrem de mică a dimensiunilor nanoparticulelor - fracțiunea principală a particulelor are o dimensiune de 4-5 nm.
Atunci când metalele sau compușii chimici sunt utilizați ca materii prime pentru sinteza detonației, se utilizează un mediu gazos sau lichid neutru din punct de vedere chimic în raport cu produsul final, care contribuie la răcirea rapidă a substanței rezultate și la stabilizarea temperaturii sale ridicate. și modificări cristaline metastabile. În acest caz, stratul substanței originale (un mediu metalic foarte poros, un compus chimic , un sol sau un gel de hidroxid de metal ) este supus acțiunii undelor de șoc a unui exploziv. Într-o undă de șoc, metalul foarte poros este comprimat și încălzit, sau apar reacții de descompunere a compusului inițial la un oxid, urmate de stabilizarea fazelor de oxid. După ce unda de șoc ajunge la suprafața liberă a substanței inițiale, materialul se împrăștie în atmosfera gazoasă a camerei de explozie sau într-un lichid de răcire.
În sinteza prin detonare a nanopulberilor de oxid din metale, se utilizează un mediu activ care conține oxigen (de exemplu, O2 + N2 ) . Arderea metalului cu formarea de oxid are loc în stadiul de expansiune. Într-o atmosferă de dioxid de carbon, este posibil să se sintetizeze nanotuburi de carbon și nanoparticule de carbon sferice .