Studium nanokrystalických diamantů připravených detonační metodou

• Název práce v češtině: Studium nanokrystalických diamantů připravených detonační metodou
• Název v anglickém jazyce: Study of nanocrystalline diamonds prepared by the detonation method
• Klíčová slova: nanokrystaly|diamant|strukturní analýza|vibrační spektroskopie|odstranění příměsí
• Klíčová slova anglicky: nanocrystals|diamond|structure analysis|vibrational spectroscopy|purification
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Jana Kalbáčová Vejpravová, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 29.11.2023
• Datum zadání: 18.12.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 19.12.2023
• Konzultanti: RNDr. Milan Dopita, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. rešerše na téma detonační syntézy nanodiamantu, metod odstranění příměsí a metod charakterizace struktury a fyzikálních vlastností
2. systematické studium strukturních a morfologických parametrů vybraných sérií vzorků detonačního diamantu (zejména metodu RTG difrakce a maloúhlového rozptylu, elektronové mikroskopie a vibrační spektroskopie)
3. čištění vybraných sérií vzorků detonačního diamantu s cílem odstranit grafitický uhlík a kovové příměsy
4. systematické studium strukturních a morfologických parametrů, a relativní změny obsahu příměsí v čištěném nanodiamantu, zejména pomocí SQUIDové magnetometrie a případně fotoelektronové spektroskopie
5. interpretace výsledků s cílem identifikovat optimální metodu přípravy a čištění
6. sepsání a odevzdání bakalářské práce

Seznam odborné literatury

1. Kumar S, Nehra M, Kedia D, Dilbaghi N, Tankeshwar K, Kim K-H. Nanodiamonds: Emerging face of future nanotechnology. Carbon. 2019;143:678-699
2. Mochalin VN, Shenderova O, Ho D, Gogotsi Y. The properties and applications of Nanodiamonds. Nature Nanotechnology. 2012;7(1):11-23. DOI: 10.1038/NNANO.2011.209
3. Pichot V, Risse B, Schnell F, Mory J, Spitzer D. Understanding ultrafine Nanodiamond formation using nanostructured explosives. Scientific Reports. 2013;3:2159
4. Qin J-X, Yang X-G, Lv C-F, Li Y-Z, Liu K-K, Zang J-H, et al. Nanodiamonds: Synthesis, properties, and applications in nanomedicine. Materials & Design. 2021;210(15):110091
5. Vul’ AY, A. E. Aleksenskiy AE, and Dideykin AT, NANOSCIENCES AND NANOTECHNOLOGIES - Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications (https://www.eolss.net/sample-chapters/c05/E6-152-33-00.pdf)
6. Dolmatov YV, Ozerin AN, Kulakova II, Bochechka OO, Lapchuk NM, Myllymäki V, Vehanen A, Detonation nanodiamonds: new aspects in the theory and practice of synthesis, properties and applications, 2020 Russ. Chem. Rev. 89 1428 (DOI 10.1070/RCR4924)

Předběžná náplň práce

Jedním z nejfuturističtějších a nejunikátnějších uhlíkových materiálů, který vzniká detonační metodou, je nanodiamant. Nanodiamanty o velikosti menší než 100 nm mají výjimečné optické, mechanické a biologické vlastnosti. Struktura nanodiamantů se podobá struktuře diamantu. Díky svým jedinečným vlastnostem mají nanodiamanty potenciál pro řadu aplikací, např. v lékařství. Hlavním cílem bakalářské práce je ustavení spolehlivých postupů pro přípravu nanodiamantu o vhodných parametrech (velikost, krystalinita, dopování, koncentrace a typ defektů). Výzkumná činnost zahrnuje zejména komparativní analýzu nanodiamantů připravených detonační metodou, včetně charakterizace produktů v každém kroku purifikačního procesu. Komplexní charakterizace bude prováděna na základě synergie různých přímých (SEM, HR TEM) a nepřímých (XRD, SAXS) strukturních sond s cílem určit fázové složení, morfologii a strukturní poměry v rámci jedné částice. Dále budou využity metody vibrační (FTIR, Raman sp.) a elektronové (XPS, UV/VIS) spektroskopie, SQUIDové magnetometrie a analýzy prvkové složení (EDAX). Práce bude realizována v úzké spolupráci s firmou OZM Research, která jako jedna z mála na světě implementovala detonační syntézu nanodiamantu.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

One of the most futuristic and unique carbon materials produced by the detonation method is nanodiamond. Nanodiamonds with a size of less than 100 nm have exceptional optical, mechanical, and biological properties. The structure of nanodiamonds resembles that of diamond. Due to their unique properties, nanodiamonds have the potential for many applications, e.g. in medicine. The main objective of the bachelor thesis is to establish reliable procedures for the preparation of nanodiamonds with suitable parameters (size, crystallinity, doping, concentration, and type of defects). In particular, the research activity includes a comparative analysis of nanodiamonds prepared by the detonation method, including the characterization of the products at each step of the purification process. Comprehensive characterization will be performed based on the synergy of various direct (SEM, HR TEM) and indirect (XRD, SAXS) structural probes to determine the phase composition, morphology, and structural ratios within a single particle. Vibrational (FTIR, Raman sp.) and electron (XPS, UV/VIS) spectroscopy, SQUID magnetometry, and elemental composition analysis (EDAX) will also be used. The work will be carried out in close collaboration with OZM Research, one of the few companies in the world to implement detonation synthesis of nanodiamonds.