Iskuaaltosynteesi tai räjähdyssynteesi ( eng . shokkiaaltosynteesi ) on mekaanisen iskuaaltosynteesi menetelmä , joka on nopeasti virtaava prosessi, joka luo dynaamiset olosuhteet lopputuotteen synteesille ja sen dispersiolle jauheeksi , jossa on nanometripartikkeli. kokoa .
Räjähdyssynteesiä käytetään erilaisten hiilen morfologisten muotojen , pääasiassa nanokiteisen timanttijauheen ( nanotimantti ) ja eri metallien oksidinanojauheiden saamiseksi : Al, Mg, Ti, Zr, Zn jne.
Kun timanttinanojauheita saadaan grafiitin ja metallien seoksista, iskuaallon kesto on 10–20 μs ja syntyvä paine saavuttaa 20–40 GPa . Teknologisesti edistyneempää on timanttijauheiden valmistus räjäyttämällä orgaanisia aineita, joilla on korkea hiilipitoisuus ja suhteellisen alhainen happipitoisuus, ts. räjäyttämällä kondensoituneita räjähteitä , joiden happitase on negatiivinen; tässä tapauksessa räjähdyksen aikana vapautuu vapaata hiiltä, josta muodostuu timanttifaasi. Timanttien nanojauheiden räjähdyssynteesistä kondensoituneista hiiltä sisältävistä räjähteistä, joiden happitase on negatiivinen, on kaksi muunnelmaa: timanttien nanohiukkasten "kuivassa" synteesissä räjähdystuotteet laajenevat inerttiin ilmakehään ja jäähtyvät kaasufaasissa; "vesi" synteesin tapauksessa käytetään saatujen timanttihiukkasten vesijäähdytintä.
Räjähdysprosessia kuvaava satojen tuhansien ilmakeheiden paine ja useiden tuhansien asteiden lämpötilat vastaavat timanttifaasin termodynaamisen stabiilisuuden aluetta hiilen mahdollisten tilojen p–T-kaaviossa. Samaan aikaan räjähdyssynteesissä timantin muodostumiseen tarvittavien korkeiden paineiden ja lämpötilojen lyhyen olemassaolon aikana tärkeä rooli kuuluu timanttifaasin ytimien muodostumisen ja kasvun kinetiikalle . Yleensä timanttien nanojauheiden saamiseksi käytetään trinitrotolueenin ja heksogeenin seoksia painosuhteessa 1 : 1 tai 3 : 2 erityisiä inertillä tai hiilidioksidilla täytettyjä räjähdyskammioita , jotka estävät muodostuneiden timanttihiukkasten hapettumisen ja muuttumisen grafiitiksi . Timanttien nanohiukkasten muodostuminen tapahtuu 0,2–0,5 μs:ssa, koska räjähdyssynteesissä, kun timanttihiukkasten muodostumisaika on hyvin lyhyt, niiden kasvunopeus on useita suuruusluokkaa suurempi kuin staattisissa olosuhteissa. Räjähdyksen jälkeen kondensoituneet synteesituotteet kerätään ja käsitellään kuumissa mineraalihapoissa paineen alaisena noen ja muiden epäpuhtauksien poistamiseksi, pestään toistuvasti vedessä ja kuivataan. Timanttijauheen tuotanto on 8–9 % räjähteiden alkuperäisestä massasta. Räjähdyssynteesillä saatujen timanttien nanojauheiden ominainen piirre on nanohiukkaskokojen äärimmäisen pieni dispersio – hiukkasten pääosa on kooltaan 4–5 nm.
Kun räjähdyssynteesin lähtöaineina käytetään metalleja tai kemiallisia yhdisteitä, käytetään lopputuotteen suhteen kemiallisesti neutraalia kaasua tai nestemäistä väliainetta, joka edistää syntyvän aineen nopeaa jäähtymistä ja sen korkean lämpötilan stabiloitumista. ja metastabiilit kiteiset modifikaatiot. Tässä tapauksessa alkuperäisen aineen kerros (erittäin huokoinen metalliväliaine, kemiallinen yhdiste , metallihydroksidisooli tai -geeli ) altistetaan räjähteen iskuaaltovaikutukselle . Iskuaaltossa erittäin huokoinen metalli puristetaan ja kuumennetaan tai tapahtuu alkuperäisen yhdisteen hajoamisreaktioita oksidiksi, mitä seuraa oksidifaasien stabilointi. Kun iskuaalto saavuttaa alkuaineen vapaan pinnan, materiaali hajoaa räjähdyskammion kaasukehään tai nestemäiseen jäähdytysnesteeseen.
Metallien oksidinanojauheiden räjähdyssynteesissä käytetään aktiivista happea sisältävää väliainetta (esim. O 2 + N 2 ). Metallin palaminen oksidin muodostuksella tapahtuu laajenemisvaiheessa. Hiilidioksidin ilmakehässä on mahdollista syntetisoida hiilinanoputkia ja pallomaisia hiilinanohiukkasia .