Chokbølgesyntese eller detonationssyntese ( eng. shock wave synthesis ) er en metode til mekanisk stødbølgevirkning , som er en hurtigtflydende proces, der skaber dynamiske betingelser for syntesen af det endelige produkt og dets spredning til et pulver med en nanometerpartikel størrelse .
Detonationssyntese bruges til at opnå forskellige morfologiske former for kulstof , hovedsageligt nanokrystallinsk diamantpulver ( nanodiamond ) og oxidnanopulvere af forskellige metaller: Al , Mg, Ti, Zr, Zn osv.
Når diamantnanopulvere opnås fra blandinger af grafit med metaller, er varigheden af stødbølgen 10-20 μs, og det genererede tryk når 20-40 GPa . Mere teknologisk avanceret er produktionen af diamantpulvere ved eksplosion af organiske stoffer med et højt kulstofindhold og et relativt lavt oxygenindhold, dvs. detonation af kondenserede sprængstoffer med en negativ iltbalance; i dette tilfælde frigives frit kulstof under eksplosionen, hvorfra diamantfasen dannes. Der findes to varianter af detonationssyntesen af diamantnanopulvere fra kondenserede kulstofholdige sprængstoffer med negativ iltbalance: I den "tørre" syntese af diamantnanopartikler udvider eksplosionsprodukterne sig til en inert atmosfære og afkøles i gasfasen; i tilfælde af "vand"-syntese anvendes en vandkøler af de resulterende diamantpartikler.
Trykket af hundredtusindvis af atmosfærer og temperaturer på op til flere tusinde grader, der karakteriserer detonationsprocessen, svarer til området for termodynamisk stabilitet af diamantfasen på p-T-diagrammet over mulige kulstoftilstande. På samme tid, i detonationssyntese, på kort tid af eksistensen af høje tryk og temperaturer, der er nødvendige for dannelsen af diamant, hører en vigtig rolle til kinetikken for dannelsen og væksten af kerner i diamantfasen. Sædvanligvis anvendes blandinger af trinitrotoluen og hexogen i et vægtforhold på 1 : 1 eller 3 : 2 til at opnå diamant nanopulvere, specielle eksplosive kamre fyldt med inert eller kuldioxid , som forhindrer oxidation af de dannede diamantpartikler og deres omdannelse til grafit . Dannelsen af diamantnanopartikler sker i 0,2-0,5 μs, da deres væksthastighed ved detonationssyntese, med meget kort tid til dannelse af diamantpartikler, er flere størrelsesordener højere end for statiske forhold. Efter eksplosionen opsamles de kondenserede synteseprodukter og behandles i varme mineralsyrer under tryk for at fjerne sod og andre urenheder, vaskes gentagne gange i vand og tørres. Produktionen af diamantpulver er 8-9% af den oprindelige masse af sprængstoffer. Et karakteristisk træk ved diamantnanopulvere opnået ved detonationssyntese er en ekstremt lille spredning af nanopartikelstørrelser - hovedfraktionen af partikler har en størrelse på 4-5 nm.
Når metaller eller kemiske forbindelser anvendes som udgangsmaterialer til detonationssyntese, anvendes en gas eller et flydende medium, der er kemisk neutralt i forhold til slutproduktet, hvilket bidrager til hurtig afkøling af det resulterende stof og stabilisering af dets høje temperatur. og metastabile krystallinske modifikationer. I dette tilfælde udsættes laget af det oprindelige stof (et meget porøst metalmedium, en kemisk forbindelse , en metalhydroxidsol eller gel ) for stødbølgevirkning fra et eksplosivt stof. I en chokbølge bliver det meget porøse metal komprimeret og opvarmet, eller der opstår reaktioner med nedbrydning af den oprindelige forbindelse til et oxid, efterfulgt af stabilisering af oxidfaserne. Efter at stødbølgen når den frie overflade af det oprindelige stof, spredes materialet ind i gasatmosfæren i eksplosionskammeret eller i et flydende kølemiddel.
Ved detonationssyntesen af oxidnanopulvere fra metaller anvendes et aktivt oxygenholdigt medium (f.eks. O 2 + N 2 ). Forbrændingen af metal med dannelse af oxid sker på udvidelsesstadiet. I en atmosfære af kuldioxid er det muligt at syntetisere kulstofnanorør og sfæriske kulstofnanopartikler .