納米金剛石是一種微小的碳結(jié)晶，化學(xué)性質(zhì)和表面性質(zhì)非常杰出，在量子計算、光電子學(xué)和醫(yī)學(xué)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。這些材料甚至比沙子還要小幾十萬倍。納米金剛石早在三十多年前就已被研制出來，但其應(yīng)用過去局限于做聚晶，拋光劑等磨料磨具領(lǐng)域。隨著人們對納米金剛石性質(zhì)認(rèn)識的深化，納米金剛石已在潤滑油，金屬鍍膜，磁性記錄系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域開始獲得應(yīng)用，并且應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴展。

為了制造這些納米寶石，有機爆 炸分子在受控環(huán)境中受到強烈的爆轟作用。

然而，這些爆 炸力不容易促進納米金剛石的形成，即使在實驗室條件下也是如此。

為了解決這一障礙，兩名法國研究人員提出了一種新穎的方法，除此之外還有一個計算機模型，它能夠在短時間內(nèi)模擬不可預(yù)測的爆 炸條件。

研究人員在AIP出版的《化學(xué)物理學(xué)雜志》上報道了他們的研究成果。

“理解形成納米金剛石的過程對于調(diào)整材料性能，使它們更適合于特定用途顯得至關(guān)重要” ，文章作者Xavier Bidault如此說。

Bidault和他的合著者Nicolas Pineau使用了一種被稱為反應(yīng)分子動力學(xué)的模擬方法。

這種模擬復(fù)制了系統(tǒng)的時間演化，另外，這個系統(tǒng)模擬復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)甚至達到了原子水平。

“原子能級相互作用模型對于真正了解形成過程至關(guān)重要。它為我們逐步地分析富含碳的化合物如何在高壓、高溫系統(tǒng)中形成納米金剛石提供了一種密切的方法，” Nicolas Pineau說。

然而，實際的實驗分析是不可行的，因為爆轟時間極其短暫而且條件嚴(yán)苛。因此，科學(xué)家必須依靠原子水平的模擬來證明這種化學(xué)過程是如何發(fā)生的。

這個模型表明，納米金剛石的形成需要壓力和溫度演化之間的微妙平衡。

如果爆轟的初始壓力很低，就會形成固體碳，而不是鉆石。

另一方面，如果爆轟壓力過高，納米金剛石的碳“種子”會受到氮、氧或其他元素的污染，這些元素會抑制材料向金剛石轉(zhuǎn)變。

經(jīng)過五十多年的辛勤研究，研究人員已經(jīng)知道，爆轟才是形成納米金剛石的原因。

在接下來的二十年里，為了證明這一點，納米金剛石形成的原子級細(xì)節(jié)仍然是一個亟需解決的問題。

富碳有機爆 炸物的爆轟是合成納米金剛石*常用的工業(yè)方法。小行星撞擊地球或火山爆發(fā)也會自然形成天然鉆石。

“我們的工作表明，很高的初始壓力似乎是一個正確的道路，然后我們需要讓壓力急劇下降，”Bidault說。

這項研究由法國國家研究機構(gòu)（ANR），圣路易斯法德研究所（ISL）和法國可再生能源和原子能委員會（CEA）支持，目前這只是這個全球性項目的初始部分。

文章來自azonano網(wǎng)站，原文題目為Computer Model Determines Ideal Conditions to Develop Nanodiamonds，由材料科技在線匯總整理。