Syntéza rázové vlny neboli detonační syntéza ( angl. shock wave syntéza ) je metoda mechanického působení rázové vlny , což je rychle plynoucí proces, který vytváří dynamické podmínky pro syntézu finálního produktu a jeho disperzi na prášek s nanometrovou částicí. velikost .
Detonační syntézou se získávají různé morfologické formy uhlíku , především nanokrystalický diamantový prášek ( nanodiamant ) a oxidové nanoprášky různých kovů: Al, Mg, Ti, Zr, Zn atd.
Při získávání diamantových nanoprášků ze směsí grafitu s kovy je doba trvání rázové vlny 10–20 μs a generovaný tlak dosahuje 20–40 GPa . Technologicky pokročilejší je výroba diamantových prášků explozí organických látek s vysokým obsahem uhlíku a relativně nízkým obsahem kyslíku, tedy detonací zhuštěných trhavin s negativní kyslíkovou bilancí; v tomto případě se při výbuchu uvolní volný uhlík, ze kterého se vytvoří diamantová fáze. Existují dvě varianty detonační syntézy diamantových nanoprášků z kondenzovaných trhavin obsahujících uhlík s negativní kyslíkovou bilancí: při „suché“ syntéze diamantových nanočástic produkty výbuchu expandují do inertní atmosféry a ochlazují se v plynné fázi; v případě syntézy „vody“ se používá vodní chladič výsledných diamantových částic.
Tlak stovek tisíc atmosfér a teploty až několik tisíc stupňů charakterizující detonační proces odpovídají oblasti termodynamické stability diamantové fáze na p–T diagramu možných stavů uhlíku. Přitom v detonační syntéze při krátké době existence vysokých tlaků a teplot nezbytných pro vznik diamantu hraje důležitou roli kinetika vzniku a růstu zárodků diamantové fáze. K získání diamantových nanoprášků se obvykle používají směsi trinitrotoluenu a hexogenu v hmotnostním poměru 1 : 1 nebo 3 : 2 speciální výbušné komory plněné inertním nebo oxidem uhličitým , které zabraňují oxidaci vzniklých diamantových částic a jejich přeměně na grafit . Ke vzniku diamantových nanočástic dochází za 0,2–0,5 μs, protože při detonační syntéze s velmi krátkou dobou pro vznik diamantových částic je jejich rychlost růstu o několik řádů vyšší než u statických podmínek. Po explozi se kondenzované produkty syntézy shromáždí a zpracují v horkých minerálních kyselinách pod tlakem, aby se odstranily saze a další nečistoty, opakovaně se promyjí vodou a suší. Výstup diamantového prášku je 8–9 % původní hmoty výbušnin. Charakteristickým znakem diamantových nanoprášků získaných detonační syntézou je extrémně malá disperze velikostí nanočástic – hlavní frakce částic má velikost 4–5 nm.
Při použití kovů nebo chemických sloučenin jako výchozích materiálů pro detonační syntézu se používá plynné nebo kapalné médium, které je chemicky neutrální vzhledem ke konečnému produktu, což přispívá k rychlému ochlazení výsledné látky a stabilizaci její vysoké teploty. a metastabilní krystalické modifikace. V tomto případě je vrstva původní látky (vysoce porézní kovové médium, chemická sloučenina , sol hydroxidu kovu nebo gel ) vystavena působení rázové vlny výbušniny. Při rázové vlně je vysoce porézní kov stlačován a zahříván, případně dochází k reakcím rozkladu výchozí sloučeniny na oxid s následnou stabilizací oxidových fází. Poté, co rázová vlna dosáhne volného povrchu výchozí látky, se materiál rozptýlí do plynné atmosféry výbušné komory nebo do kapalného chladiva.
Při detonační syntéze oxidových nanoprášků z kovů se používá médium obsahující aktivní kyslík (například O 2 + N 2 ). Spalování kovu za vzniku oxidu nastává ve fázi expanze. V atmosféře oxidu uhličitého je možné syntetizovat uhlíkové nanotrubice a sférické uhlíkové nanočástice .