ИСТИНА

Использование наноалмазных частиц сопряжено с необходимостью дезагрегации их агломератов и стабилизации образующихся водных суспензий. При размерах первичных частиц около 4–5 нм их агломераты могут достигать сотен и тысяч нанометров. Большинство методов, применяемых для дезагрегации, разрушают межчастичиые слои и графитоподобные оболочки, образующиеся в процессе охлаждения реакционной смеси в закрытой металлической камере после взрыва смеси тротила и гексогена в атмосфере азота, углекислого газа, льда или. При удалении покрывающих слоев, имеющих не алмазное строение, обнажаются участки первичной поверхности, представляющие собой сильно искаженные алмазоподобные фрагменты с координационно-ненасыщенными атомами углерода. Поскольку обычно дезагрегация достигается при ультразвуковой обработке или лазерном нагреве помещенных в водную среду агрегированных наночастиц, реорганизация обнажаемых дефектных поверхностных участков первичных наночастиц протекает при непосредственном участии воды как растворителя. Вероятность повторной агрегации в существенной степени зависит от пути и результата релаксации дефектных поверхностных участков. Один из источников информации о возможном строении поверхностных слоев углеродных наночастиц – моделирование относительно небольших кластерных систем. В данной работе были изучены частицы Сn, включающие не более 250 атомов. Частицы среднего размера (С60 и более) состоят из ядра, структура которого близка к структуре алмаза, и дефектной поверхности. Были определены наиболее вероятные дефекты, наблюдаемые при различной локальной кривизне поверхности и различном количестве и взаимном расположении соседних координационно-ненасыщенных атомов углерода. Оптимизация структуры была выполнена с использованием методов Хартри-Фока, функционала плотности и теории возмущений Меллера-Плессета с базисом 6-31G, дополненным поляризационными функциями. Расчеты проводились с использованием программных пакетов Firefly и PC GAMESS на суперкомпьютерах «Ломоносов» и «Чебышёв» суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова. Согласно полученным результатам, наиболее активно взаимодействуют с водой двухкоординированные атомы углерода, чуть менее активны кратные связи и, наконец, наиболее инертны (квази)ароматические структуры. Вблизи реакционного центра, состоящего из атома углерода, ковалентно связанного с двумя другими атомами, молекулы воды диссоциируют, образуя на поверхности наноалмаза гидроксильные и гидридные группы, причем от первых оказывается возможным отщепление протона. Формирующиеся поверхностные кислородсодержащие функциональные группы способствуют гидрофилизации поверхности. Остальные как химически модифицированные, так и немодифицированные участки поверхности являются гидрофобными. Это приводит к существенно неоднородным свойствам сетки водородных связей окружающих молекул воды с локально ослабленным или упрочненными связями, что инициирует последующую реорганизацию всей системы.