Способ получения термостойких ультрадисперсных алмазов

(51) С 1111 31111 НАЦИОНАЛЬНЫЙ цЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной И атомной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Малащкевич Георгий Ефимович Лапина Виктория Алексеевна Шевченко Гвидона Петровна (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Способ получения термостойких ультрадисперсных алмазов, включающий получение на поверхности алмазных частиц защитной пленки, ингибирующей окисление углерода,путем термообработки их на воздухе, отличающийся тем, что перед термообработкой порощок ультрадисперсных алмазов пропитывают в условиях ультразвукового диспергирования 10-50 раствором соединений редкоземельных элементов и высушивают, а термообработку осуществляют при температуре более 600 С.Изобретение относится К области получения ультрадисперсных алмазов, с высокой термостойкостью в окислительной атмосфере и может быть использовано при производстве ультрадисперснь 1 х люминофоров, активированных стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов.Известен способ получения ультрадисперсных алмазов методом взрыва смеси тротила и гексагена в замкнутом объеме (Компан М.Е., Теруков Е.И., Гордеев С.К., Жуков С.Г.,Николаев Ю.А. Спектры фотолюминесценции ультрадисперсных алмазов // Физика твердого тела. - 1997. - Т 39. - Не 12. - С. 2156-2158).Недостатком данного способа является невысокая термостойкость полученного ультрадисперсного алмаза в окислительной атмосфере (он полностью окисляется 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 термостойкого и люминесцирующего ультрадисперсного алмаза, пригодного для производства ультрадисперсных люминофоров, активированных ими стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов.Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения термостойких ультрадисперснь 1 х алмазов, основанный на образовании на их поверхности защитной пленки из островков нитрида бора, ингибирующих окислительно-реакционную способность углерода. Данный способ осуществляют следующим образом смешивают порошок ультрадисперсного алмаза с водным раствором борного ангидрида, концентрация последнего не менее 9 мас. от содержания алмазов, или борной кислоты, высушивают полученный продукт при 210 С, а затем выдерживают в печи в течение 4-5 часов при Т 300550 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 Иванов(Ю.Н., Калинкин А.В., Тушко Ю.В. О механизме увеличения термостойкости ультрадисперсных алмазов, легированных бором // Неорганические материалы. - 1997. - Т. 33. - Не 7. - С. 803-806).Недостатками данного способа являются невысокая термостабильность в окислительной атмосфере получаемого порошка ультрадисперсного алмаза (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 предполагаемого изобретения является повышение термостойкости ультрадисперсных алмазов в окислительной атмосфере и придание им интенсивной люминесценции.Для решения поставленной задачи предложен способ получения термостойких ультрадисперсных алмазов путем термообработки их на воздухе для получения на поверхности алмазных частиц защитной пленки, ингибирующей окисление углерода.Новым, по мнению авторов, является то, что в качестве ингибитора используют соединения редкоземельных элементов, растворяют их в растворителе в концентрации 10-50 и полученным раствором пропитывают порошок ультрадисперсного алмаза в условиях ультразвукового диспергирования, высушивают и подвергают отжигу при температуре более 600 С.Сущность способа состоит в следующем берут соединение редкоземельного элемента(или их смесь), растворяют в растворителе в концентрации 10-50 мас. , смешивают с порошком ультрадисперсного алмаза, подвергают ультразвуковой обработке в течение 20 100 мин, раствор сливают, а порошок высушивают и отжигают при температуре более 600 С в течение 10-30 мин.1 г азотнокислой соли европия растворяют в 10 мл водно-спиртовой (121) смеси, в полученный раствор засыпают 0,5 г ультрадисперсного алмаза и подвергают ультразвуковой обработке в течение 100 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка,раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают при 700 С в течение 30 мин. Относительная потеря веса исходного ультрадисперсного алмаза при таком отжиге составляет 100 , а легированного - менее 10 .1 г азотнокислой соли европия растворяют в 3 мл водно-спиртовой (121) смеси, в полученнь 1 й раствор засыпают 0,5 г ультрадисперсного алмаза и подвергают ультразвуковой обработке в течение 60 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка,раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают при 800 С в течение 20 мин. Относительная потеря веса ультрадисперсного алмаза при таком отжиге составляет 10 .1 г азотнокислой соли европия растворяют в 2 мл дистиллированной воды, в полученный раствор засыпают 0,5 г ультрадисперсного алмаза и подвергают ультразвуковой обработке в течение 20 мин, полученному золю дают отстояться до образования осадка,раствор сливают, а осадок высушивают, полученный порошок отжигают при 1000 С в течение 10 мин. Относительная потеря веса исходного ультрадисперсного алмаза при таком отжиге составляет 15 .На фиг. 1 изображены микрофотографии исходного (нелегированного) ультрадисперсного алмаза (а) и приготовленного, согласно примерам 1 (б) и 3 (в), увеличение 80000 крат. Как видно, форма и размер зерен легированного ультрадисперсного алмаза при используемой термообработке изменяются мало.На фиг. 2 изображены исправленные (квантовые) спектры люминесценции легированного ультрадисперсного алмаза, приготовленного в соответствии с примерами 1 (а) и 3(б), длина волны возбуждения Жшб 230 нм. Как видно, люминесценция легированного ультрадисперсного алмаза состоит из слабоструктурной широкой полосы с барицентром вблизи 450 нм, обусловленной люминесценцией основы, и серией узких полос в области 580-730 нм, обусловленных ионами Еизд. При этом максимальная интенсивность люминесценции приходится на полосу при 615 нм.На фиг. 3 изображены исправленные спектры возбуждения люминесценции легированного ультрадисперсного алмаза, приготовленного в соответствии с примером 1. Как видно, спектр возбуждения собственной люминесценции ультрадисперсного алмаза(Жрег 500 нм) представлен узкой полосой с максимумом при 215 нм и слабоинтенсивным крылом в области 225-300 нм (кривая 1), а спектр возбуждения люминесценции легирующей редкоземельной примеси (мы 615 нм) характеризуется широкой полосой переноса заряда 02 ЕЦЗ с максимумом при 250 нм и серией узких слабоинтенсивных полос в более длинноволновой области (кривая 2).Аналогичное увеличение термостойкости ультрадисперсного алмаза и интенсивности люминесценции имеет место и при использовании для легирования остальных люминесцируюЩих соединений редкоземельных элементов. При использовании нелюминесцируюЩих соединений редкоземельных элементов имеет место лишь увеличение термостойкости ультрадисперсного алмаза.Таким образом, преимуществами заявляемого способа по сравнению с известным являются увеличение термостойкости ультрадисперсного алмаза по меньшей мере до 1000 С и придание ему новых люминесцентных свойств (дополнительных полос люминесценции и ее возбуждения), обусловленных редкоземельными ионами. Эти преимущества позволяют использовать данный способ для получения термостойких ультрадисперсных люминофоров, активированных ими стекол, покрытий и композитов, а также спектроскопических зондов для исследования динамических процессов.Национальный Центр Интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.