Los nanodiamantes, trozos de carbono cristalino cientos de miles de veces más pequeños que un grano de arena, tienen propiedades superficiales y químicas intrigantes con posibles aplicaciones en medicina, optoelectrónica y computación cuántica. Para forjar estas piedras preciosas nanoscópicas, los investigadores exponen moléculas orgánicas explosivas a poderosas moléculas explosivas.detonaciones en un ambiente controlado. Sin embargo, estas fuerzas explosivas dificultan el estudio del proceso de formación de nanodiamantes, incluso en condiciones de laboratorio.
Para superar este obstáculo, un par de investigadores franceses desarrollaron recientemente un procedimiento y un modelo de computadora que puede simular las condiciones altamente variables de explosiones en escalas de tiempo fenomenalmente cortas. El equipo informa su trabajo El diario de la física química , de AIP Publishing.
"Comprender los procesos que forman nanodiamantes es esencial para controlar o incluso ajustar sus propiedades, haciéndolos mucho más adecuados para fines específicos", dijo Xavier Bidault, investigador de CEA DAM Ile-de-France, y coautor deel papel.
Bidault y su coautor Nicolas Pineau utilizaron un tipo de simulación conocida como Dinámica Molecular Reactiva, que simula la evolución temporal de sistemas complejos químicamente reactivos hasta el nivel atómico.
"El modelo de interacción a nivel atómico es esencial para comprender realmente lo que está sucediendo", dijo Pineau. "Nos brinda una forma íntima de analizar, paso a paso, cómo los compuestos ricos en carbono pueden formar nanodiamantes en una alta presión, sistema de alta temperatura "
Debido a las condiciones extremas y fugazmente breves de una detonación, la investigación experimental real no es práctica, por lo que los investigadores deben confiar en simulaciones a nivel atómico que muestren cómo y dónde se produce esta química.
Los nuevos resultados revelan que es necesario un delicado equilibrio de evolución de temperatura y presión para que se formen nanodiamantes. Si la presión de detonación inicial es demasiado baja, los sólidos de carbono pueden formarse, pero no los diamantes. Si la presión es demasiado alta, las "semillas" de carbono de los nanodiamantes se contaminan por otros elementos, como el oxígeno o el nitrógeno, que impiden la transición al diamante.
Los científicos saben desde hace más de 50 años que los nanodiamantes se forman a partir de detonaciones, pero los detalles a nivel atómico de su formación han sido una pregunta abierta durante al menos las últimas dos décadas. La ruta industrial más común para su síntesis es la detonación deAltos explosivos orgánicos ricos en carbono. Los nanodiamantes también pueden formarse naturalmente a partir de erupciones volcánicas explosivas o impactos de asteroides en la Tierra.
"Nuestro trabajo muestra que el camino correcto parece ser una alta presión inicial seguida de una fuerte disminución de la presión", dijo Bidault. Si se cumplen las condiciones precisas, se forman nanodiamantes. Estos complejos caminos de presión son típicos de los procesos de detonación.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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