Logo BSU

Please use this identifier to cite or link to this item: https://elib.bsu.by/handle/123456789/338905
Title: New insights into detonation synthesis and properties of nanodiamonds
Authors: Dolmatov, Valerii Yu.
Rudenko, Dmitry V.
Kiselev, Maxim N.
Satonkina, Nataliya P.
Lapchuk, Natalia M.
Blinova, Maria A.
Senyut, Vladimir T.
Pisarevsky, Sergey D.
Nozhkina, Alla V.
Ershov, Alexander P.
Keywords: ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика
ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Химия
ЭБ БГУ::ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ НАУКИ. ОТРАСЛИ ЭКОНОМИКИ::Химическая технология. Химическая промышленность
Issue Date: 2025
Publisher: TSTU Publishing
Citation: Journal of Advanced Materials and Technologies. – 2025. – Vol. 10. – №. 1. – P. 65–89.
Abstract: The paper presents mainly new or previously unanalysed data from the most important published papers of the last five years. Several possible mechanisms for the synthesis of detonation nanodiamonds (DND) are considered. A simple predictive estimate of the DND yield based on the content of elements in the explosive molecule is proposed. It is shown that nitrogen is not an inert element in the nanodiamond synthesis process. It is possible to form a fractal carbon lattice with simultaneous fluctuations of carbon density in the chemical reaction zone (CRZ) with the formation of a three-dimensional ordered core in the nodes of the lattice. The time of formation of such a carbon structure is close to 50 ns. For DND formation, the time of chemical reactions is 0.1–0.3 μs, and the width of the CRZ is 0.4 to 1.4 mm. The electrical conductivity of the 'plasma' in the CRZ is determined by the carbon content of the explosives, which forms extended conducting structures. It is shown that the region with the highest DND yield (up to 8.5 wt. %) is limited by the pressure in the Chapman-Jouguet plane of 23–29 GPa and the temperature of 3850–4350 K, the optimum oxygen balance of the explosive is in the range of –42÷–53 %, and the detonation velocity is in the range of 7250–8000 m⋅s –1. In general, DNDs from different explosives have close crystallographic parameters (except for nanodiamonds from benzotrifuroxane). To increase the yield of DNDs, it is necessary to use an aqueous charge shell, which is a solution of urotropine, urea or hydrazine. For the first time, the process of DND production from Tetryl and its binary and ternary charges was developed and recommended for industry, with a DND yield of ~7 wt. %. Experience with the industrial production of DND has shown that it is realistic to obtain nanodiamonds with a yield of 8.5 wt. % at their content in the diamond containing blend of 72 % and non-combustible impurities of 1.6 wt. %.
Abstract (in another language): В статье изложены, в основном, новые или ранее не проанализированные данные наиболее важных опубликованных работ последних пяти лет. Рассматриваются различные возможные механизмы синтеза детонационных наноалмазов (ДНА). Предложена простая прогнозная оценка выхода ДНА на основе содержания элементов в молекуле взрывчатых веществ (ВВ). Показано, что азот не является инертным элементом в процессе синтеза наноалмазов. Возможно образование фрактальной углеродной сетки с одновременными флуктуациями плотности углерода в зоне химических реакций (ЗХР) с образованием трехмерного упорядоченного ядра в узлах сетки. Время формирования такой углеродной структуры близко к 50 нс. Для образования ДНА время химических реакций составляет 0,1…0,3 мкс, а ширина ЗХР – от 0,4 до 1,4 мм. Электропроводность «плазмы» в ЗХР определяется содержанием углерода в ВВ, который формирует протяженные проводящие структуры. Показано, что область с наибольшим выходом ДНА (до 8,5 мас. %) ограничена давлением в плоскости Чепмена-Жуге 23…29 ГПа и температурой 3850…4350 K, оптимальный кислородный баланс ВВ находится в диапазоне –42…–53 %, скорость детонации ВВ – в диапазоне 7250…8000 м/с. В целом, ДНА из различных ВВ имеют близкие кристаллографические параметры (кроме наноалмазов из бензотрифуроксана). Для повышения выхода ДНА необходимо использовать водную оболочку заряда, представляющую раствор уротропина, мочевины или гидразина. Впервые разработан и рекомендован для промышленности процесс получения ДНА из тетрила и его бинарных и тройных зарядов, выход ДНА ~7 мас. %. Опыт промышленного производства ДНА показал, что реально получение наноалмазов с выходом 8,5 мас. % при их содержании в алмазосодержащей шихте 72 % и несгораемых примесей 1,6 мас. %
URI: https://elib.bsu.by/handle/123456789/338905
DOI: 10.17277/jamt-2025-10-01-065-089
Licence: info:eu-repo/semantics/openAccess
Appears in Collections:Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники (статьи)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dolmatov_Lapchuk_2025.pdf1,99 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record Google Scholar



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.