الماس نانو کریستالی (1)

مقدمه

واژه ی نانو الماس به طو گسترده ای برای اشاره به مواد بر پایه ی الماسی مورد استفاده قرار می گیرد که در مقیاس نانو قرار دارند( طول آنها کمتر از 100 نانو متر است). این مواد شامل فیلم های با فاز الماسی خالص، ذرات الماسی و مواد مرکب ساختاری تولید شده از این مواد می باشد. یکی از این مواد مرکب، توده ها یا ذراتی هستند که در داخل یک زمینه ی دیگر قرار گرفته است. اخیرا نانو میله های یک بعدی از الماس( DNR) و نانو صفحات دو بعدی الماسی تولید شده است. یک گروه از مواد نانو الماسی وجود دارد که الماس الترا نانو کریستالی( UNCD) نامیده می شوند. در این ساختارها، الماس در ابعاد چند نانومتر وجود دارد. این مواد الترا نانو کریستالی نامیده می شوند تا بدین صورت بین آنها و سایر نانو کریستال های بر پایه ی الماس با اندازه ی ویژه ی بالاتر از 10 نانو متر، تفاوت قائل شود. در بین مواد UNCD، مهمترین کاربردهای نانوتکنولوژیکی که در آینده نزدیک مورد استفاده قرار می گیرد، ذرات UNCD ی است که بوسیله ی سوختن ناقص مواد قابل اشتعال کربنی، تولید می شود. این مواد ابتدا بوسیله ی شوروی سابق در دهه ی 1960، تولید شدند و فیلم های UNCD با خلوص فازی بالا اخیرا در آزمایشگاه ملی آرگون تولید شده است( بوسیله ی روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار). ذرات و فیلم های UNCD دارای ویژگی های ممتازی هستند و دارای کاربردهای متفاوتی هستند. این دو ماده مهم اخیرا مورد توجه قرار گرفته است و به همین خاطر، موضوع این مقاله، مطالعه در مورد این دو ماده است.
روش های سنتز نانو پودر الماس و تولید این نانو ذرات به صورت منفرد با اندازه ی میکرو و نانومتری، در ابتدای دهه ی 1960 بوسیله ی شرکت Dupont آمریکا توسعه یافته است. این محصول از دهه ی 1970 به صورت تجاری موجود بود. Dupont ذرات پلی کریستال الماسی را تولید کردند که اندازه ی آنها تا 50 میکرون نیز می رسد. این شرکت این مواد را با استفاده از روش متراکم سازی موجی تلاطمی مواد کربنی( گرافیت یا کربن بلک) مخلوط شده با کاتالیست، تولید کرده است. اندازه ی دانه ی اولیه در ذرات پلی کریستالی در حدود 20 نانو متر است. اخیرا، شرکت Microdiamond AG از Dupont تقاضاهایی در زمینه ی این نوع از الماس پلی کریستالی داشته است. شرکت Microdiamond AG که یک کمپانی سویسی است، در زمینه ی الماس میکرونی و زیر میکرون تخصص دارد. کوچکترین ذرات الماسی که بوسیله ی آسیاب کاری تولید می شود، دارای گستره ی 0 تا 50 نانومتر است( با اندازه ی متوسط 25 نانومتر). علاوه بر الماس تولید شده بوسیله ی Mypolex، شرکت Microdiamant AG نیز یکی از ریزترین الماس های خود را با اندازه ی ذره ای بین 0 تا 50 نانومتر تولید کرده است که این نوع الماس هم از الماس های سنتزی تولید شده در دما و فشار بالا ( HPHT) و هم از پودر الماس طبیعی، تولید شده اند. تجاری سازی این نانو الماس ها انجام شده است و از آن برای کاربردهای پولیش کاری دقیق استفاده شده است. یک روش برای تولید پودر UNCD با اندازه ی ویژه ذرات 5 نانومتر، تبدیل ترکیبات آتش گیر دارای کربن به الماس در طی سوختن این ترکیبات آتش گیر در مخازن هرمتیک است. این روش ابتدا در دهه ی 1960 در روسیه ابداع شد. به زودی Dupont بر روی روش سنتز موجی تلاطمی کار کرد. در سال 1983، یک کارخانه ی بزرگ به نام ALTAI در روسیه تأسیس شد تا بوسیله ی این فرایند تولید الماس در مقادیر زیاد، میسر گردد. با توجه به گزارش های انتشار یافته بوسیله ی دولت روسیه( در سال 1989) در مورد تولید ذرات UNCD، کارخانه تولید خود را هر ساله 250 میلیون قیراط افزایش داده است. به هر حال، هم اکنون تولید این نوع از الماس بوسیله ی ALTAI محدود شده تر شده است. هم اکنون چندین مرکز تجاری در روسیه، اوکراین، بلاروس، آلمان، ژاپن و چین، با استفاده از این روش، به تولید ذرات UNCD مشغولند. اگرچه این روش چند دهه پیش در روسیه کشف شده است، در چند سال گذشته، ذرات UNCD یک زمینه ی مورد علاقه در خارج روسیه شده است. علت این علاقه توسعه ی نانو تکنولوژی در سال های اخیر است.
همانند ذرات UNCD، فیلم های UNCD به صورت موفقیت آمیز به سمت تجاری سازی حرکت کرده است. الترا نانوکریستالینیتی نتیجه ای از مکانیزم های رشد و جوانه زنی جدید است که در این روش ها از پلاسمای آرگون غنی به جای پلاسمای غنی از هیدروژن برای رسوب دهی فیلم های الماسی میکرو کریستالی استفاده شده است. فیلم های الماسی الترا نانوکریستالی از بسیاری از جنبه ها نسبت به فیلم های الماسی میکرو کریستالی مرسوم، مزیت دارد. این فیلم ها نرم، پردانسیته، عاری از پین هول، خلوص فازی بالا دارند و می توان آنها را بر روی گستره ی وسیعی از مواد و ساختارهای با نسبت طول به عرض بالا، استفاده نمود.
الماس های با اندازه ی ویژه ی در حد چند نانومتر بوسیله ی روش های دیگر تولید می شود مخصوصا این مواد به روش کلرینه کردن کاربیدها، تابش یونی گرافیت، تابش الکترونی آنیون های کربن و فرایندهای خاص CVD تولید می شوند. مشاهدات نجومی پیش بینی می کند که 10 تا 20 % از کربن بین ستاره ای در شکل نانو الماس است. سوال ها در مورد منشأ این الماس های نانو کریستالی هنوز هم بی جواب مانده است.

پایداری نانو الماس

این به درستی فهمیده شده است که فاز پایدار کربن در مقیاس ماکرو، گرافیت است و الماس فاز شبه پایدار است. تفاوت انرژی میان دو فاز تنها 0.02 eV/atom است. به هر حال، به دلیل سد فعال سازی بالا برای این استحاله ی فازی( تقریبا )، به منظور ایجاد استحاله ی فازی، نیازمند استفاده از دما و فشار بسیار بالا و همچنین استفاده از کاتالیست هستیم. به هر حال در مقیاس نانو، دیاگرام فازی کربن علاوه بر فشار و دما باید یک فاکتور دیگر را نیز در نظر بگیرد. این فاکتور اندازه ی کلاسترهاست. در عبارات انرژی آزاد گیبس بر واحد اتم یک کلاستر n اتمی در یک فاز معین، مشارکت انرژی سطحی به انرژی آزاد بالک، اضافه می شود. تخمین ها در مورد جابجایی خطوط تعادل فازی برای ذرات کربن کوچکی که دارای چند صد تا چند ده اتم بودند، اخیرا مورد بررسی قرار گرفته است( شکل 1a). نویسندگان با محاسبات بدست آمده از داده های دما- فشار- حجم تجربی بدست آمده از دیاگرام فازی نانو کربن بیشتر از داده های بدست آمده از معادله ی حالت کربن خالص، توافق دارند. این نتایج همچنین پیشنهاد می کند که ذرات کربنی که دارای تا اتم هستند، می توانند در دماهایی پایین تر از دمای ذوب کربن بالک، ذوب شوند. به عنوان یک بسط دیگر در زمینه دیاگرام فازی کربن، با توجه به این حقیقت که در اندازه های کمتر از 1.8 نانومتر، سایر شکل های کربن مانند فلرن ها و آنیون ها فروان هستند، این پیشنهاد می شود که ناحیه ی مربوط به دیاگرام فازی فلرن ها و آنیون ها ایجاد گردد( شکل 1.b).
به هر حال، آنالیزهای انجام شده بر روی هندسه های بهینه ی سطوح نانو الماسی ساده، نشان داه است که پایداری نمونه های نانو کربنی کاملا پیچیده است. شبیه سازی های اخیر در این زمینه نشان می دهد که درکلاسترهای کروی با اندازه ی بین 1 تا 3 نانو متر، مورفولوژی کریستالی نقش مهمی در پایداری کلاستر ایفا می کند. در حالی که سطوح کریستال های مربعی دارای ساختاری مشابه با الماس بالک است، کلاستر های با سطوح اکتاهدرال، کیوبو اکتاهدرال و کروی دارای پیوند بیابینی میان هیبریداسیون و هستند. پوسته پوسته شدن ترجیحی صفحات (1 1 1) در کلاسترها، در گستره های اندازه ای زیر نانومتر ایجاد می شود و در کلاستر ها الماسی کوچک، این مسئله استحاله ی کلاستر به فولرن را تسریع می کند. این مسئله در مورد ساختارهای پوسته پیازی با هسته ی الماسی در مورد کلاسترهای بزرگتر رخ می دهد( شکل 2b و 2a).
اخیرا، Barnard و همکارانش، آنالیزهای پایداری بر روی فلرن ها، پیازشکل ها و باکی بال های الماسی انجام داده اند. آنالیزهای انجام شده مشابه آنالیزهایی بوده است که برای بررسی پایداری الماس و گرافیت در مقیاس نانو، مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به نتایج بدست آمده در برخی مقالات، همین طور که اندازه ی سیستم برای تمام ساختارهای کربنی افزایش می یابد، پایدارترین شکل کربن در مقیاس نانو از فلرن به ساختارهای آنیونی تبدیل می شود. این رویه بعد از ساختاره های آنیونی به ترتیب عبارتست است: فلرن به پیازی شکل ها، پیازی شکل ها به باکی بال های الماسی، باکی بال های الماسی به نانو الماس ها و نانو الماس ها به گرافیت. اخیرا اشتراکات میان فلرن ها و ساختارهای نانوتیوبی یک سر بسته نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در مورد کلاسترهای کربنی کوچک، سه ناحیه پایداری می تواند ترسیم شود:
کلاسترهای دارای کمتر از 20 اتم( پایدارترین هندسه ی کلاسترهای حلقه ای یک بعدی)
کلاسترهای دارای 20 تا 28 اتم(کلاسترهای با هندسه ی کاملا متفاوت دارای انرژی های یکسانی هستند).
کلاسترهای بزرگتر( برای کلاسترهای بزرگتر، فلرن ها باید فاز پایدارتر باشند.
درجه ی پایداری اشکال کربنی در مقیاس نانو در شکل 4 خلاصه شده است. عموما، برای تمام نانو ساختارهای کربنی، این نشان داده شده است که در اندازه های کمتر از 5 تا 10 نانومتر، نانو الماس ها از لحاظ ترمودینامیکی، پایدارترین فاز است. این در حالی است که در مقیاس بزرگ، الماس فاز شبه پایدار است( این نتایج با روش های محاسباتی پیچیده بدست آمده است). در همین زمان، روش های محاسباتی نشان می دهد که پایداری نانو الماس به اندازه های کوچکی در حد 1.9 نانومتر، محدود می شود. در زیر این اندازه، ساختارهای وابسته به فلرن، پایدارترند.
پایداری نسبی مورفولوژی های مختلف نانو الماس، اگر اشباع شدگی پیوند قرار گرفته در سطح ذرات و یا سطح مشترک میان ذرات UNCD در نظر گرفته شود، تغییر می کند. تا سال های اخیر، بیشتر کارهای تجربی مربوط به نانو الماس، با در نظر گرفتن شکل کروی برای ذرات، انجام شده است. شکل 3b شکل کروی کامل ذرات نانو الماس را نشان می دهد. در این مورد، یک ذره در طی سنتز بوسیله ی یک فرایند کلریناسیون کاربیدی، بوسیله ی مواد کاربیدی احاطه شده است. به هر حال، تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری با رزولیشن بالا( HRTEM) از یک کلاستر منفرد نانو الماس بر روی سطح یک تیپ Mo به طور واضح وجود صفحات را بر روی سطح ذرات، نشان می دهد؛ در واقع این کلاسترها دارای شکل پلی هدرال هستند( شکل 3c). برای آدرس دهی پایدارترین اشکال ذرات نانو الماسی هیدروژن دار شده، گرماهای تشکیل برای چند سری از نانو الماس ها، محاسبه شد. نتایج این محاسبات برای ذرات کیوبو اکتاهدرال، اکتاهدرال و کروی و پنتا پارتیکل در شکل 5 نشان داده شده است. تمام این سری ها بوسیله ی نمودارهای مربوط به اکتاهدرال های هیدروژن دار شده، محدود می شوند. نمودارهای برون یابی شده با محور y در نقطه ی مربوط به حرارت تشکیل الماس بالک، برخورد می کند. این مسئله می تواند استنتاج شود که پایدارترین مورفولوژی نانو الماس های هیدروژن دار شده گروه های اکتاهدرال، پنتاهدرال و کروی تشکیل شده اند. به طور واضح باید گفت که سری های بیشتری از مرفولوژی های نانو الماسی مختلفی وجود دارد که می تواند ایجاد شوند. به همراه انجام آنالیزهای بالا بر روی تماما کلاسترهای کربنی، درجه ی پایداری اشکال کربنی دارای H در مقیاس نانویی نیز در شکل4 آورده شده است. ناحیه ی پایداری نسبی اشکال مختلف کربن های هیدروژن دار شده برای تأکید بر روی چندگانگی مورفولوژی های ممکنه برای ذرات نانو الماسی که در این ناحیه قرار گرفته اند، آورده شده است. برای اینکه این رویه کمی تر شود، تمام شبیه سازی های مربوطه را باید با استفاده از روش های محاسباتی یکسان، انجام داد.

نوع نانو الماس و روش های سنتز آنها

گزارشات مختلفی در زمینه ی مشاهدات تجربی از الماس های نانو اندازه وجود دارد. روش های گزارش شده برای سنتز نانو الماس ها متنوع است. این روش ها شامل روش هایی همچون جوانه زنی در فشار معمولی، کلریناسیون مواد کاربیدی در دماهای معمولی، استحاله ی گرافیت/ نانو کربن با استفاده از روش موجی تلاطمی و چگالش در طی سوختن انفجاری، می شود.
اطلاعات در مورد نوع نانو الماس ها با توجه به دیمانسیون اجزای الماس، در زیر مرتب شده است. ما در این مورد از سیستم های ایزوله ی با ساختار تک بعدی شروع می کنیم و سپس در مورد ذرات قرار گرفته در یک ماده ی زمینه ی دیگر، صحبت می کنیم. و بعد از آن در مورد ساختارهای نانو الماسی 1 بعدی و 2 بعدی صحبت می کنیم. در نهایت تجمعات سه بعدی از نانو کریستال های الماسی را که به عنوان فیلم های نازک رشد داده شده و یا از پودر UNCD فشرده شده( تولید کننده ی اشکال بالک)، تشکیل شده اند، را مورد بررسی قرار دادیم.

ساختارهای نانو الماسی صفر بعدی

ما در ادامه روش های سنتز ذرات نانو الماسی را با توجه به اندازه ی ویژه ی ذرات اولیه، مورد بررسی قرار می دهیم. ما این بحث را با بررسی ذرات نانو کریستالی شروع می کنیم و بعد از آن در مورد UNCD صحبت می کنیم، سپس در مورد مولکول های الماسی صحبت می کنیم. اطلاعات در مورد اندازه ی ویژه ی ذرات الماسی تجاری در شکل 6 آورده شده است.
ذرات نانو الماس منفرد با اندازه های چند ده نانومتر ممکن است تک کریستال یا پلی کریستال باشند. در حقیقت این ماده محصول فرعی در هنگام تولید الماس طبیعی یا الماسی است که با روش HPHT تولید می شود. الماس مصنوعی با اندازه های زیر 50 میکرون ماده ی اولیه ی تولید الماس های میکرونی یا زیر میکرونی است. فرآوری بر روی ذرات الماسی با اندازه ی میکرونی و ایجاد الماس های با اندازه ی کوچک شامل فرایند های آسیاب کاری، خالص سازی و درجه بندی پودر می شود. ذرات نانو الماسی تک کریستالی دارای لبه های تیزتری هستند( شکل 6).
پودر نانو الماس پلی کریستال را می توان از ذرات الماس پلی کریستالی تولید شده با روش سنتز موجی، تولید نمود. تحت شرایط مناسب، موج های شک زا به صورت انفجاری می تواند فشارهای بزرگ( در حدود 140 GPa) و دماهای بالا ایجاد کند و بدین صورت استحاله ی جزئی موجب تبدیل شدن گرافیت به دانه های الماس نانو متری می شود که از ذرات پلی کریستال نانو سایز تشکیل شده است. برای جلوگیری از استحاله ی فازی بازگشتی( تبدیل الماس به گرافیت)، مس در این فرایند با گرافیت مخلوط می شود. این مسئله ما را قادر می سازد تا در دماهای بالا، حرارت را سریع تر پخش کنیم. ذرات الماس پلی کریستال با اندازه ی میکرونی ترد تر از میکرو ذرات تک کریستال هستند و به طور گسترده در کاربردهای پولیش کاری مورد استفاده قرار می گیرد. این مسئله مهم است که بدانید، سوسپانسیون های آگلومره نشده از ذرات الماس نانو کریستالی در آب و روغن نیز توسعه یافته اند. برخی مطالعات اخیر گزارش می دهد که فشارهای دینامیکی پایین( تا 15 GPa) برای تولید الماس از گرافیت های پیرولیتی منظم، کافی است. در این روش، موج های شک زای صفحه ای موازی با صفحه ی اصلی گرافیت اعمال می شود. ذرات الماس که از کریستالیت های با اندازه ی دانه ی چند ده نانومتر تشکیل شده اند، با استفاده از روش میکروسکوپ الکترونی با رزولیشن بالا، شناسایی شده اند. برای سنتز الماس، روش موج شک زا چندین بار اصلاح شده است.
ذرات اولیه ی UNCD با اندازه های ویژه ی 5 نانومتر( شکل 3 و 6) با استفاده از روش احتراق مواد جامد اشتعال زا در یک اتمسفر خنثی تولید شده است. این گروه از مواد نانو الماسی از لحاظ تکنولوژیکی مهم هستند، زیرا احتراق UNCD می تواند در مقادیر بالک نیز انجام شود. محصول بدست آمده از روش احتراقی، دوده ی احتراقی نامیده می شوند. این دوده دارای فاز الماسی است که با استفاده از عملیات حرارتی از فاز دوده جدا می شود. در حالی که جداسازی کوچکترین UNCD ها با اندازه ی 2 تا 5 نانومتر در مقیاس آزمایشگاهی، قابل انجام است، عموما آگلومره شدن یکی از مشکلات جدی در کاربردهای نانوتکنولوژیکی است. در همین زمان، چندین گزارش در مورد این وجود دارد که با روش احتراقی می توان سوسپانسیون هایی از ذرات UNCD با اندازه ی چند ده نانومتر تولید نمود. یکی دیگر از مواد ذره ای بدست آمده از UNCD تولید شده با روش احتراقی، ذرات پلی کریستال میکرونی می باشد. این مواد با زینترینگ احتراقی پودر UNCD اولیه تولید می شوند( شکل 6). به دلیل مدورتر بودن ذرات تولید شده با این روش، نسبت به روش انجام شده بوسیله ی Mypolex ، این پیش بینی می شود که این ذرات، کاربردهای جدیدی پیدا کنند.
اخیرا، یک خانواده ی کامل از گونه های الماسی هیدورژن دار با اندازه ی 1 تا 2 نانومتر، کشف شده اند. این الماس گونه ها از نفت خام استخراج می شوند و در واقع مولکول های الماسی هستند که به صورت میله های الماسی نانو متری، دیسک ها، هرم ها و ... هستند. صلبیت بالای آنها به خوبی تعریف شده است و قابلیت تبدیل آسان در این مواد، آنها را به بلوک های ساختاری پر ارزش برای نانوتکنولوژی تبدیل کرده است. یک سری از شبه الماس های خاص هم اکنون می توانند در مقادیر گرمی تولید شوند. برخی از شرکت ها نیز این نوع از الماس را به بازار ارائه کرده اند. مکانیزم دقیق تشکیل این شبه الماس ها از نفت هنوز هم یک راز تلقی می شوند. تاکنون امکان سنتز مقادیر زیادی از شبه الماس ها وجود نداشته است. این شبه الماس ها دارای سیستم هاس کریستالی مختلفی هستند. برای مثال بر اساس نوع ایزومر، کریستال های این مواد می توانند تریکلینیک، ارتورومبیک، مونوکلینیک و یا میله ای شکل باشند( شکل 7).
در بخش بالا، گروه های مختلف ذرات نانو الماسی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش بعدی ما یک مرور کلی در مورد سنتز ذرات نانو الماسی در مقیاس آزمایشگاهی، صحبت می کنیم. برای طبقه بندی روش های کنونی تولید نانو الماس، یک روش آزمایشی در شکل 8 پیشنهاد شده است.
در حالی که یک گروه خاص از نانو الماس های تجاری به عنوان محصول فرعی روش سنتز HPHT ایجاد می شود، مطالعات آزمایشگاهی در زمینه ی تبدیل HPHT اشکال نامتعارف کربن به نانو الماس، وجود دارد. فرایند HPHT برای تبدیل گرافیت به الماس نیازمند فشار 6 GPa و دمایی در حدود ℃1500 است( در این فرایند نیاز به کاتالیزور نیز می باشد). سنتز الماس از مواد اولیه ی غیر متعارف مانند فلرن ها و نانو تیوب های کربنی در دماهایی کمتر و فشارهایی کمتر نسبت به سنتز الماس از گرافیت، انجام می شود. برای مثال، استحاله ی باکی بال ها به الماس در فشارهای استاتیکی بالا می تواند در دمای اتاق اتفاق افتد و نیاز به استفاده از کاتالیزور نیز ندارد. یکی دیگر از گروه های تحقیقاتی در مورد استحاله ی فلرن ها به الماس تحت شرایط متوسط( فشار 5.0 تا 5.5 GPa و دمای ℃1400) گزارش داده اند. نانو تیوب های کربنی در فشار 4.5 GPa و دمای ℃1300 با استفاده از کاتالیزور NiMnCo به الماس تبدیل می شوند. بر اساس مشاهدات HRTEM، نویسندگان این پیشنهاد را کردند که تحت شرایط HPHT، ساختارهای تیوبی در هم کی شکنند و با شکسته شدن پوسته های گرافیتی، این بخش ها حلقه ای می شوند و به شبکه های کروی تبدیل می شوند انحنای بالایی در پوسته های گرافیتی در هم پیچیده، ایجاد می شود و اتصالات عرضی لایه ها در ساختارهای پوسته پیازی شکل ایجاد می شود. این مسئله منجر به افزایش نسبت پیوند های در ساختار می گردد و از این رو تشکیل الماس را تسهیل می کند .
ما در ادامه در مورد روش های سنتز بر پایه ی CVD و روش های تابشی و استفاده از ذرات پر انرژی، صحبت می کنیم. Frenklach و همکارانش، جوانه زنی و رشد پودرهای نانوالماسی از حالت بخار را به طور مستقیم در یک رآکتور CVD پلاسمایی مورد مطالعه قرار دادند. ذرات تولید شده در بخش پایینی رآکتور بر روی یک فیلتر جمع آوری می شوند و تحت اکسیداسیون قرارگرفته تا کربن های غیر الماسی آنها، حذف شوند. جوانه زنی الماس هموژن در زمانی رخ می دهد که مخلوط دی کلرومتان اکسیژن و تری کلرواتیلن اکسیژن به عنوان ماده ی اولیه مورد استفاده قرار گیرند. ذرات تشکیل شده دارای اشکال کریستالی با اندازه ی متوسط 50 نانومتر هستند. یک مخلوط از انواع مختلفی از الماس ها در این پودر مشاهده شده است.
Frenklach و همکارانش همچنین اثرات افزودن اتم های بیگانه بر روی جوانه زنی کربن جامد در رآکتور پلاسمایی با فشار پایین را مورد بررسی قرار دادند. افزودن دی بوران( ) موجب تولید مقادیر قابل توجهی ذرات الماس در ابعاد 5 تا 450 نانومتر می شوند. این نشان داده شده است که در شرایط مشابه، عدم وجود دی بوران، موجب می شود تا هیچ الماسی تولید نشود. بازده پودر مقاوم در برابر اکسیداسیون که بوسیله ی مخلوط های دارای بور تولید شده است، تا 1.3 میلی گرم بر ساعت نیز می رسد. این دیده شده است که نان الماس های موجود در باقیمانده های حاصل از CVD، دارای ساختاری با دوقلویی های غیر خطی است. مطالعات مستقیم بر روی جوانه زنی الماس از یک فاز گازی فعال شده یک نقش مهم در آشکارسازی مکانیزم هایی داشت که در تشکیل غبارات فضایی مشارکت داشته است.
یکی دیگر از مثال های جوانه زنی هموژن الماس در فاز گازی، تجزیه ی القا شده با لیزر در فشارها و دماهای پایین است. این جوانه زنی موجب تشکیل پودر الماس با اندازه ی دانه ی 6 تا 18 میکرون می شود. با توجه به کارهای انجام شده بوسیله ی Buerki و Leutwyler، نانو ذرات الماسی با خلوص بالایی که به روش هموژن هسته زایی کرده اند، دارای مورفولوژی کروی و منفصل هستند.
یکی دیگر از گروه های تولید نانو الماس، استحاله ی مستقیم جامد های کربنی به نانو الماس است. تجربیات اخیر نشان داده است که تابش یون ها و یا الکترون ها موجب می شود تا جوانه زنی کریستال های الماسی در داخل فلرن ها، القا گردد. تابش الکترون های پر انرژی به طور موفقیت آمیز برای تبدیل هسته های کربنی پوسته پیازی به الماس نانو سایز مورد استفاده قرار گرفته است. این کار در دماهایی بالاتر از 900 کلوین انجام شده است. این تجربیات به صورت درجا در یک میکروسکوپ الکترونی، بدست آمده است. با استفاده از این تکنیک توانایی مشاهده ی پیوسته ی فرایند انجام این کار، امکان پذیر می باشد. یک بهم فشردگی قوی در بخش داخلی این ساختار پیازی شکل به دلیل کاهش فضای میان پوسته های متحد المرکز متوالی در طی تابش، انتظار می رود. تابش باریکه ی یونی جامدهای کربنی همچنین باعث تشکیل نانو الماس می شود. تابش یون نئون یک بار مثبت در دمایی بین 700 تا موجب می شود تا دوده ی گرافیتی به الماس نانومتری تبدیل شود. همچنین این فهمیده شده است که تحت تابش، الماس در هسته های ساختارهای پیازی شکل گرافیتی تشکیل می شود. بازده تولید الماس در این فرایند نسبت به روش تابش اشعه ی الکترونی، بیشتر است. علت این موضوع جابجایی های عرضی بیشتر، انتقال انرژی بیشتر و جریان کلی بیشتر اشعه است که به نمونه برخورد می کند. سایر مواد کربنی نیز می توانند با استفاده از پالس های لیزری، الکترون های دارای انرژی مگا الکترون ولتی، یا باریکه های یونی، به نانو الماس تبدیل شوند. ذرات نانو الماس از ذرات ریز کربن بلکی تولید می شوند که تحت تابش لیزر قرار گرفته اند. به طور مشابه، تبدیل نانوتیوب های کربنی به ساختارهای پیازی شکل کربنی و سپس تولید نانو الماس، نتیجه ای از تابش لیزر به این مواد می باشد. جوانه زنی نانو الماس در داخل این ساختارهای پیازی شکل، تحت تابش اشعه ی یونی در دمای معمولی انجام می شود. این کار با استفاده از اشعه ی یونی کریپتون 1 بار مثبت انجام می شود. باقیمانده ی گرافیتی حاصله از این واکنش دارای نانو الماس با اندازه ی قطر متوسط 7.5 نانومتر می باشد. مثالی دیگر از تشکیل نانو الماس، تابش سطحی گرافیت پیرولیتیکی با جهت گیری بالا با استفاده از یون های با بار زیاد می باشد.
استحاله ی فازی ساختاری نانوتیوب های کربنی چند لایه و تولید الماس های نانو کریستالی اخیرا با استفاده از انجام عملیات بر روی نمونه هایی از نانوتیوب های کربنی چند لایه با قطر 20 تا 4 نانومتر انجام شده است. این کار در پلاسمای هیدروژنی انجام شده است. ذرات الماس نانو کریستالی با قطرهایی در گستره ی 5 تا 30 نانومتر در یک زمینه ی آمورف قرار داده شده اند( شکل 9a). این پیشنهاد شده است که مکانیزم تشکیل و رشد الماس، یک توالی از تشکیل کلاسترهای کربنی آمورف با پیوند خواهد بود. Sun و همکارانش این مسئله مورد بررسی قرار دادند که جذب شیمیایی هیدروژن بر روی شبکه ی گرافیتی و تمرکز انرژی بر روی نانوتیوب های کربنی بوسیله ی برخورد هیدروژن مولکولی یا اتمی، مسئول تشکیل یک زمینه ی کربنی آمورف است. مشابه نقش هیدروژن در رشد الماس به روش CVD معمولی، روش اچ کردن پلاسمایی با هیدروژن نیز از تشکیل گرافیت در فرایندهایی که بوسیله ی گرما فعال می شوند، جلوگیری می کند.
جوانه زنی نانو الماس در فیلم کربنی آمورف همچنین از طریق روش CVD بایاسی نیز قابل انجام انجام است. هسته های الماس با قطر 5 تا 10 نانومتر اخیرا در فیلم های کربنی رشد داده شده با استفاده از CVD بایاسی، نیز مشاهده شده است. نویسندگان یک مدل عمومی برای جوانه زنی الماس بوسیله ی نمونه های پر انرژی( مانند روش CVD بایاسی یا روش بمباران باریکه ی یونی)، پیشنهاد می کنند. این فرایند از جوانه زنی بالک خودبخودی یک خوشه ی الماسی در یک زمینه ی آمورف کربنی، تشکیل شده است. همچنین علاوه بر این جوانه زنی، فرایند از تثبیت خوشه بوسیله ی شرایط مرزی مطلوب در مکان های جوانه زنی و خاتمه ی کار بوسیله ی هیدروژن انجام می شود. رشد ایجاد شده در این جوانه از طریق مکانیزم جابجایی و بواسطه ی بمباران یونی، القا می شود. تشکیل یک فاز کربنی هیدروژن دار شده و آمورف از طریق فرایند القایی، انجام می شود. در این فرایند های القایی، کربن ، هیدروکربن ها و گونه های هیدروژنی پر انرژی سطح را بمباران می کنند و در تشکیل لایه ی سطحی مشارکت می کنند.
در نهایت، یک گروه جدید از کربن های نانوساختار اخیرا سنتز شده اند. در این کربن ها، ذرات نانو الماسی یک ساختار هیبریدی را با نانو تیوب های کربنی تک دیواره تشکیل می دهند. این نوع کامپوزیت ها در رآکتور با فیلمان داغ در یک دستگاه CVD انجام شده است. این تجهیزات به دستگاهی متصل بود که بوسیله ی آن پودر به داخل ترزیق می گردد. مواد واکنش دهنده پودر کربن( با قطر 40 نانومتر) و هیدروژن اتمی است. در این فرایند، زیر لایه ی Si بوسیله ی ذرات زیر میکرونی آهن پوشش داده شده که این مسئله رشد اولیه ی نانو لوله های کربنی را توسعه می دهد. در مرحله ی اولیه ی توالی رشد، مجموعه هایی از نانو لوله های تک لایه ی کربنی با طول ماکزیمم 15 میکرون رشد داده شدند. بعد از این فرایند، کریستالیت های الماسی با اندازه ای در گستره ی 20 تا 100 نانومتر در این نانو تیوب ها تشکیل می شود( شکل 9b).
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.