I nanodiamanti hanno destato l’interesse di quanti si occupano di nanotecnologie per la loro eccezionale durezza, resistenza alla frattura e per il loro potenziale utilizzo in dispositivi miniaturizzati.
Il diamante è una forma allotropica del carbonio costituito da un reticolo cristallino in cui sono presenti atomi di carbonio disposti con una simmetria tetraedrica.
Il diamante è il minerale più duro che si conosce ed ha la massima durezza nella scala di Mohs pari a 10 ed è dotato di elevata tenacità e scarsa comprimibilità.
Oltre che nel campo della gioielleria il diamante è molto richiesto per usi industriali a causa della sua durezza.
Esso è indispensabile per la costruzione di:
- seghe circolari
- punte di perforatrici
- componenti elettrici
- smerigliatrici
oltre che per il taglio e la lucidatura di pietre, vetro, marmo e granito.
Il diamante, tuttavia, all’aria si ossida a una temperatura di 800°C pertanto gli utensili diamantati vanno incontro a una rapida usura.
Sono quindi stati preparati diamanti sintetici con una maggiore stabilità termica che mostrano tuttavia una maggiore fragilità o, in alternativa, può essere utilizzato il nitruro di boro.
Negli ultimi decenni gli scienziati si sono interessati a diamanti di dimensioni nanometriche rinvenute in meteoriti, nelle nebulose protoplanetarie e in sedimenti terresti risalenti a circa 15000 anni fa.
Proprietà dei nanodiamanti
Recenti studi hanno confermato che è possibile utilizzare i nanodiamanti per la produzione di nanocompositi, catalizzatori selettivi e adsorbenti, componenti elettronici e materiali utilizzati in biologia e medicina grazie alla assenza di tossicità.
Si ritiene che i nanodiamanti possano essere utilizzati in futuro per il trasporto di farmaci in zone particolari di cellule danneggiate. In esse le nanoparticelle di maggiori dimensioni potrebbero non entrare.
I nanodiamanti sono in grado di migliorare la qualità di:
- sistemi di registrazione magnetica
- composizioni polimeriche
- attrezzi abrasivi
- lubrificanti
- composti microabrasivi e usati come componenti per la lucidatura.
Tra i metodi sintetici per la preparazione di nanodiamanti vi è una tecnica che consiste nel detonare alcuni esplosivi contenenti carbonio ottenuti mescolando, ad esempio, il 2,4,6-trinitrotolunene noto come TNT con la ciclotrimetilentrinitroammina, conosciuta anche come RDX o con il triamminotrinitrobenzene ovvero TATB all’interno di una camera metallica in atmosfera inerte.
Durante l’esplosione, la pressione e la temperatura nella camera di sintesi raggiungono valori sufficientemente elevati da convertire il carbonio in diamante. La camera dopo l’esplosione viene immersa in acqua dove si raffredda rapidamente impedendo la conversione del diamante appena formato in grafite più stabile
I nanocristalli ottenuti con questa tecnica sono chiamati nanodiamanti da detonazione; altre tecniche impiegano il carbonio, in genere sotto forma di grafite, sottoponendolo a pressioni elevatissime dell’ordine di 3.5 GPa e temperature di circa 3000°C.
Tra gli altri metodi possibili è previsto il bombardamento di ioni e laser, metodi idrotermici, elettrochimici o anche ultrasonici.