Способ получения ультрадисперсных алмазов

(51)01 31/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Лапина Виктория Алексеевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения ультрадисперсных алмазов, включающий получение на поверхности алмазных частиц защитной пленки, ингибирующей окисление углерода, путем смешивания порошка ультрадисперсных алмазов с раствором прекурсора и последующей термообработки его на воздухе, отличающийся тем, что в качестве раствора прекурсора используют 10-50 раствор смеси соединений алюминия и лантаноида, взятых при атомном отношенииравном 1-50, смешивание осуществляют в условиях ультразвукового диспергирования, полученный порошок высушивают, а термообработку осуществляют при температуре более 700 С. Изобретение относится к области получения ультрадисперсных углеродистых порошков, в частности, алмазов, и может быть использовано при производстве ультрадисперсных люминофоров, активированных стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов. Известен способ получения ультрадисперсных алмазов методом взрыва смеси тротила(7563) и гексогена (С 3 Н 66 О 6) в замкнутом объеме (М.Е. Компан, Е.И. Теруков,С.К. Гордеев, С.Г. Жуков, Ю.А. Николаев. Спектры фотолюминесценции ультрадисперсных алмазов // Физика твердого тела. - 1997. - Том 39,12. - С. 2156-2158). Недостатком данного способа является невысокая термостойкость полученных ультрадисперсных алмазов в окислительной атмосфере (они полностью окисляются на воздухе при нагреве до 400 С) и слабоинтенсивная люминесценция (представляет собой широкую полосу в диапазоне 350-650 нм со слабовыраженной структурой). Эти недостатки не позволяют использовать данный способ для получения интенсивно люминесцирующих ультрадисперсных алмазов, пригодных для производства ультрадисперсных люминофоров, активированных ими стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения ультрадисперсных алмазов, основанный на образовании на их поверхности защитной пленки из островков нитрида бора, ингибирующих окислительно-реакционную 8137 1 2006.06.30 способность углерода. Данный способ осуществляют следующим образом смешивают порошок ультрадисперсных алмазов с водным раствором борного ангидрида, концентрация последнего не менее 9 мас.от содержания алмазов, или борной кислоты (оба реактива являются прекурсорами), высушивают полученный продукт при 210 С, а затем выдерживают в печи в течение 4-5 часов при Т 300-550 С, периодически перемешивая остаток кипятят в разбавленной соляной кислоте для удаления металлических примесей, промывают дистиллированной водой и сушат при 110 С. При этом синтез упомянутого нитрида бора осуществляется в процессе термообработки в печи из-за присутствия в атмосфере азота и наличия больших удельных поверхностей у алмаза и борного ангидрида (Ю.Н. Иванов,А.В. Калинкин, Ю.В. Тушко. О механизме увеличения термостойкости ультрадисперсных алмазов, легированных бором // Неорганические материалы. - 1997. - Т. 33,7. - С. 803-806). Недостатками прототипа являются невысокая термостойкость в окислительной атмосфере получаемого порошка ультрадисперсных алмазов (он термостабилен при нагреве на воздухе до температуры 550 С) и отсутствие интенсивной люминесценции. Эти недостатки не позволяют использовать данный способ для получения термостойких ультрадисперсных люминофоров, активированных ими стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов. Задачей предлагаемого изобретения является получение ультрадисперсных алмазов,обладающих повышенной термостойкостью в окислительной атмосфере и интенсивной люминесценцией. Для решения поставленной задачи предложен способ получения ультрадисперсных алмазов путем смешивания его порошка с раствором прекурсора и последующей термообработки на воздухе для получения на поверхности алмазных частиц защитной пленки,ингибирующей окисление углерода. Новым, по мнению авторов, является то, что в качестве раствора прекурсора используют 10-50 раствор смеси соединений алюминия и лантаноида, взятых при атомном отношенииравном 1-50, смешивание осуществляют в условиях ультразвукового диспергирования, полученный порошок высушивают, а термообработку осуществляют при температуре более 700 С. Сущность способа состоит в следующем берут соединение редкоземельного элемента(или их смесь) и соединение алюминия в концентрации, обеспечивающей отношение 1-50, растворяют в растворителе (совместно либо по отдельности, в последнем случае растворы сливают в одну емкость) в концентрации 10-50 мас. , смешивают с порошком ультрадисперсных алмазов, подвергают ультразвуковой обработке в течение 30120 мин, раствор сливают, а порошок высушивают и отжигают при температуре более 700 С в течение 10-100 мин. Пример 1 0,2 г азотнокислой соли неодима и 0,08 г хлористой соли алюминия растворяют в 2,8 мл водно-спиртовой смеси (11), в полученный раствор засыпают 0,05 г ультрадисперсных алмазов и подвергают ультразвуковой обработке в течение 30 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка, раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают на воздухе при 700 С в течение 100 мин. Относительная потеря веса исходных ультрадисперсных алмазов при таком отжиге составляет 100 , а легированных - менее 10 . Пример 2 0,6 г азотнокислой соли неодима и 0,9 г хлористой соли алюминия растворяют в 3 мл дистиллированной воды, в полученный раствор засыпают 0,1 г ультрадисперсных алмазов и подвергают ультразвуковой обработке в течение 120 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка, раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают на воздухе при 800 С в течение 60 мин. Относительная потеря веса легированных ультрадисперсных алмазов при таком отжиге составляет менее 10 . Пример 3 0,2 г азотнокислой соли неодима и 1,6 г хлористой соли алюминия растворяют в 10 мл водно-спиртовой смеси (11), в полученный раствор засыпают 0,13 г ультрадисперсных 2 8137 1 2006.06.30 алмазов и подвергают ультразвуковой обработке в течение 90 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка, раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают на воздухе при 1000 С в течение 40 мин. Относительная потеря веса легированных ультрадисперсных алмазов при таком отжиге составляет 11 . Пример 4 0,2 г азотнокислой соли неодима и 4,03 г хлористой соли алюминия растворяют в 15 мл водно-спиртовой смеси (21), в полученный раствор засыпают 0,1 г ультрадисперсных алмазов и подвергают ультразвуковой обработке в течение 100 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка, раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают на воздухе при 1300 С в течение 10 мин. Относительная потеря веса легированных ультрадисперсных алмазов при таком отжиге составляет 20 . В таблице приведены значения интегральной относительной интенсивности люминесценции ионов 3(регистрировалась в области 0,85-1,11 мкм), атомного отношенияи концентрации пропитывающего раствора (С) для легированных ультрадисперсных алмазов. Составы образцов соответствуют составам одноименных примеров, однако отжиг образцов для корректного сравнения интенсивностей люминесценции проведен в одинаковых условиях Т 1100 С,40 мин. Для сравнения здесь же приведен образец,полученный пропиткой 0,04 г ультрадисперсных алмазов раствором азотнокислой соли неодима (0,2 г на 2 мл дистиллированной воды) с последующим ультразвуковым диспергированием (100 мин), отделением осадка, его сушки и термообработки при Т 1100 С,40 мин (образец 5). Таблица Номер образца, мас., отн. ед. 1 6 1 10 2 22 3,7 50 3 100 20 18 4 30 50 28 5 4 0 10 Как видно, дополнительное легирование -содержащих ультрадисперсных алмазов алюминием приводит к увеличению интенсивности люминесценции от 1,5 до 25 раз. Исходные (нелегированные) образцы ультрадисперсных алмазов при используемом режиме термообработки вообще не существуют. Аналогичное увеличение термостойкости ультрадисперсных алмазов и интенсивности люминесценции имеет место при использовании для легирования смеси соединений алюминия и остальных лантаноидов, люминесценция которых подвержена эффективному кроссрелаксационному тушению (к таким элементам относятся, например, празеодим, самарий и диспрозий в трехзарядном состоянии). При использовании в указанной смеси нелюминесцирующих соединений лантаноидов имеет место лишь увеличение термостойкости ультрадисперсного алмаза. При исключении алюминия и использовании соединений лантаноидов, не проявляющих кроссрелаксационного тушения люминесценции, имеет место увеличение термостойкости ультрадисперсного алмаза, а интенсивность люминесценции, обусловленная ионами лантаноидов, изменяется пропорционально их концентрации. Таким образом, преимуществом заявляемого способа по сравнению с известным является увеличение термостойкости ультрадисперсных алмазов с 550 С до 1300 С и придание им интенсивной люминесценции. Это преимущество позволяет использовать данный способ для получения термостойких ультрадисперсных алмазов с интенсивной люминесценцией,обусловленной ионами лантаноидов, активированных этими алмазами стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3