Казанские ученые научились «готовить» наноалмазы в плазме

Ученые придумали умную математическую модель, которая помогает создавать наноалмазы и металл-углеродные наночастицы в плазме. Это как рецепт, где нужно точно настроить температуру, ток, напряжение и состав газа, чтобы получить нужный материал.

Такие наноматериалы очень востребованы в медицине и электронике, а новая модель делает их производство проще и эффективнее. Исследование поддержал грантом Российский научный фонд, а результаты опубликованы в журнале Nanomaterials.

Плазменный синтез — это крутой способ создавать наноматериалы. В плазму (ионизированный газ) помещают молекулы, которые «собираются» в нужные структуры: нанотрубки, графен, фуллерены или даже наночастицы с металлическим ядром и углеродной оболочкой. Такие частицы можно использовать для магнитных жидкостей или доставки лекарств. Но чтобы получить материал с идеальными свойствами, нужно точно знать, как на него влияют условия синтеза.

Ученые из Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева (КАИ) разработали модель, которая описывает, как плазма формируется в смеси аргона и метана. Они рассмотрели два способа создания плазмы: с вольфрамовым катодом и медным анодом, а также с двумя медными электродами. В обоих случаях метан разлагается на углерод и заряженные частицы, а с электродов испаряются металлические частицы. В зависимости от условий (силы тока, давления, состава газа) можно получить либо наноалмазы, либо металл-углеродные наночастицы. Например, с вольфрамовым катодом чаще получаются металл-углеродные частицы, а с медным — наноалмазы.

Эта модель не только помогает понять, как работает плазменный синтез, но и позволяет заранее рассчитать идеальные условия для получения нужных материалов. В будущем ученые планируют улучшить модель, чтобы учитывать больше факторов, например, использование композитных электродов или конвективные потоки в плазме.

Иллюстрация: схема физических процессов в дуговом разряде в задачах синтеза наноструктур. Источник: Алмаз Сайфутдинов.

04.02.2025