La síntesis de ondas de choque o síntesis de detonación ( eng. síntesis de ondas de choque ) es un método de acción de ondas de choque mecánicas , que es un proceso de flujo rápido que crea condiciones dinámicas para la síntesis del producto final y su dispersión a un polvo con una partícula nanométrica tamaño _
La síntesis por detonación se utiliza para obtener diversas formas morfológicas de carbono , principalmente polvo de diamante nanocristalino ( nanodiamante ) , y nanopolvos de óxido de varios metales: Al, Mg, Ti, Zr, Zn, etc.
Cuando los nanopolvos de diamante se obtienen a partir de mezclas de grafito con metales, la duración de la onda de choque es de 10 a 20 μs y la presión generada alcanza los 20 a 40 GPa . Más avanzada tecnológicamente es la producción de polvos de diamante mediante la explosión de sustancias orgánicas con un alto contenido de carbono y un contenido de oxígeno relativamente bajo, es decir, la detonación de explosivos condensados con balance de oxígeno negativo; en este caso, se libera carbono libre durante la explosión, a partir del cual se forma la fase de diamante. Se conocen dos variantes de la síntesis por detonación de nanopolvos de diamante a partir de explosivos condensados que contienen carbono con un balance de oxígeno negativo: durante la síntesis "seca" de nanopartículas de diamante, los productos de la explosión se expanden en una atmósfera inerte y se enfrían en la fase gaseosa; en el caso de la síntesis de "agua", se utiliza un enfriador de agua de las partículas de diamante resultantes.
La presión de cientos de miles de atmósferas y temperaturas de hasta varios miles de grados que caracterizan el proceso de detonación corresponden a la región de estabilidad termodinámica de la fase diamante en el diagrama p-T de los posibles estados del carbono. Al mismo tiempo, en la síntesis por detonación, en un corto tiempo de existencia de altas presiones y temperaturas necesarias para la formación de diamante, un papel importante pertenece a la cinética de formación y crecimiento de núcleos de la fase de diamante. Habitualmente se utilizan mezclas de trinitrotolueno y hexógeno en una relación ponderal de 1 : 1 ó 3 : 2 para obtener nanopolvos de diamante Cámaras explosivas especiales llenas de inertes o dióxido de carbono , que evitan la oxidación de las partículas de diamante formadas y su transformación en grafito . La formación de nanopartículas de diamante se produce en 0,2–0,5 µs, ya que en la síntesis por detonación, con un tiempo de formación muy corto de partículas de diamante, su tasa de crecimiento es varios órdenes de magnitud superior a la de las condiciones estáticas. Después de la explosión, los productos de síntesis condensados se recolectan y se tratan en ácidos minerales calientes bajo presión para eliminar el hollín y otras impurezas, se lavan repetidamente en agua y se secan. La producción de polvo de diamante es del 8 al 9% de la masa inicial de explosivos. Un rasgo característico de los nanopolvos de diamante obtenidos mediante síntesis por detonación es una dispersión extremadamente pequeña de tamaños de nanopartículas: la fracción principal de partículas tiene un tamaño de 4 a 5 nm.
Cuando se utilizan metales o compuestos químicos como materiales de partida para la síntesis por detonación, se utiliza un medio gaseoso o líquido químicamente neutro con respecto al producto final, que contribuye al rápido enfriamiento de la sustancia resultante y a la estabilización de su alta temperatura. y modificaciones cristalinas metaestables. En este caso, la capa de la sustancia original (un medio metálico altamente poroso, un compuesto químico , un sol o gel de hidróxido metálico ) se somete a la acción de onda de choque de un explosivo. En una onda de choque, el metal altamente poroso se comprime y se calienta, o se producen reacciones de descomposición del compuesto inicial en un óxido, seguidas de estabilización de las fases de óxido. Una vez que la onda de choque llega a la superficie libre de la sustancia inicial, el material se dispersa en la atmósfera de gas de la cámara de explosión o en un refrigerante líquido.
En la síntesis por detonación de nanopolvos de óxido de metales, se utiliza un medio que contiene oxígeno activo (por ejemplo, O 2 + N 2 ). La combustión del metal con formación de óxido ocurre en la etapa de expansión. En una atmósfera de dióxido de carbono, es posible sintetizar nanotubos de carbono y nanopartículas de carbono esféricas .