Основные научные результаты 2006-2008 гг.

Исследованы образцы наноалмаза разных производителей, синтезированные и очищенные по разным технологиям. Подтверждено, что наноалмазы детонационного синтеза и традиционного метода очистки содержат достаточно большое количество фоновых примесей, в первую очередь железа. Предложен способ дополнительной очистки наноалмазов. Предложен способ контроля степени очистки наноалмазов.

Впервые при высоких давлениях и температурах (6 ГПа, 1000-2000°С ) синтезированы композиционные материалы содержащие нано- и микрокристаллические алмазы. Исследована теплопроводность и определены оптимальные режимы спекания. Показано, что, несмотря на увеличение числа межкристаллических границ с уменьшением размера кристаллитов, теплопроводность композитов из наноалмазов достигает 50 W/(m·K).

Исследовано влияние фуллеренов на синтез алмазов из графита при высоких давлениях и температурах в присутствии металлов-катализаторов и предложена модель, связывающая повышение эффективности синтеза со спонтанной кристаллизацией алмазов из графита в присутствии фуллеренов.

Предложена модель, объясняющая эффект аномально высокой полевой эмиссии электронов из алмазоподобных пленок с sp²/sp³ гибридизацией атомов углерода. Показано, что этот эффект может быть связан с образованием положительного заряда, возникающего за счет ионизации остаточных газов в межэлектродном пространстве. Наблюдаемая активация эмиссионных токов в наноуглеродных композитах объясняется эффектом Малтера.

Проведен теоретический анализ аномально низкой эффективной работы выхода (десятые и сотые доли eV) при полевой эмиссии из ряда наноуглеродных материалов. Предложено объяснение эффекта в модели, предполагающей образование на поверхности алмазоподобной пленки графеновых листов (графеновых <лестниц>). Проведено компьютерное моделирование образования проводящего графенового слоя на поверхности наноалмазных частиц в процессе фазового перехода алмаз-графит за счет локального нагрева при дроблении наноалмазных агрегатов. Проанализировано возникновение протекания по графеновому слою.

Исследованы магнитная восприимчивость и ЭПР детонационных наноалмазов при высокотемпературном отжиге, установлено изменение при отжиге гибридизации атомных связей углерода от sp³ (алмаз) к sp² (нанографит). Предложена модель, объясняющая экспериментальный факт, что концентрация ЭПР активных спинов в образующемся нанографите превышает концентрацию краевых спинов, оцененную по величине магнитной восприимчивости. На основании исследований спектров ЭПР детонационного наноалмаза и наноуглерода показано, что ЭПР спектроскопия может быть успешно использована как метод детектирования малых количеств металлических примесей.

Развита технология формирования электропроводящих слоев на основе углеродных нановолокон в латексной матрице, представляющих собой альтернативу металлическим защитным покрытиям в электромагнитных полях. Исследованы стационарная электропроводность, СВЧ отражение и поглощение в зависимости от концентрации углеродных нановолокон в жидкой фазе.

С использованием метода ИК спектроскопии идентифицированы функциональные группы на поверхности наноалмазных частиц детонационного синтеза. Показано, что отжиг в вакууме и водородной плазме при температуре 6000°С значительно уменьшает концентрацию гидроксильных групп и одновременно увеличивает концентрацию углеводородных и кислородсодержащих групп. Установлено, что состав функциональных групп зависит от условий синтеза детонационного алмаза, от способа и условий очистки.