UA127266C2

UA127266C2 - Спосіб одержання опромінених частинок

Info

Publication number: UA127266C2
Application number: UAA202100106A
Authority: UA
Inventors: Петр Ціглер; Петр Циглер; Ян Хавлік; Ян Хавлик; Мартін Груби; Мартин Груби; Ян Куцка
Original assignee: Устав Органіцке Хеміе А Біохеміе Ав Цр, В. В. І.; Устав Органицке Хемие А Биохемие Ав Цр, В. В. И.; Устав Макромолекуларні Хеміе Ав Цр, В. В. І.; Устав Макромолекуларни Хемие Ав Цр, В. В. И.
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2023-06-28
Also published as: US20210283568A1; WO2020015769A1; GB2584586A; AU2019304398A1; US12005416B2; EP3823929A1; GB2584586B; GB201811669D0; AU2019304398B2

Abstract

Даний винахід стосується способу опромінення іонами основи у вигляді частинок, що включає стадії включення основи у вигляді частинок у тверду матрицю, що містить атоми 10B, та піддавання матриці, одержаної на попередній стадії, опроміненню потоком нейтронів з одержанням твердої матиці, що включає опромінену основу у вигляді частинок. Спосіб за даним винаходом надзвичайно ефективний та піддається масштабуванню. Він, зокрема, придатний для одержання опромінених наноалмазів та опромінених частинок SiC.

Description

Галузь техніки

Даний винахід стосується способу обробки основи у вигляді частинок для зміни її властивостей та до композицій частинок, одержаних таким чином.

Передумови винаходу

За останні два десятиліття дослідження наноматеріалів забезпечили одержання великої кількості експериментальних та теоретичних даних, які демонструють, що атомну структуру та будову наноматеріалів можна змінювати контрольованим способом. Хоча хімічний підхід забезпечує безліч синтетичних модифікацій поверхні наноматеріалів, доступні на даний час інструменти для регулювання внутрішньої атомної структури наночастинок та частинок загалом після їх одержання засновані здебільшого на застосуванні іонізуючого випромінювання.

Серед іонізуючих частинок для матеріалознавства є перспективними високоенергетичні іони, оскільки вони є дуже ефективними у спричинені контрольованих структурних дефектів у твердих матеріалах. Таким чином, модифікація за допомогою високоенергетичних іонів є ключовим підходом до створення різноманітних функціональних наноструктурованих матеріалів, що забезпечило досягнення успіхів у багатьох галузях досліджень. В оптиці цей підхід застосовується для створення точкових дефектів решіток, у тому числі вакансій, центрів забарвлення та однофотонних випромінювачів. У нанонауці дослідники використовували модифікацію за допомогою високоенергетичних іонів для виготовлення та регулювання нових типів матеріалів, у тому числі магнітних, напівпровідникових та вуглецевих наноматеріалів.

Опромінення високоенергетичними іонами також забезпечує засоби для включення радіоактивної мітки у наночастинки для біологічного відстеження.

Більшість (нано)частинок можна сконструювати із застосуванням так званих легких іонів

НУ, 2НУ, ЗНе»х, "Не", а-частинок ("Не2) ї Ліч. Порівняно з важчими іонами діапазон їхньої кількості у матеріалах значно вищий, та вони зумовлюють менше пошкоджень. Наприклад, опромінення за допомогою а-частинок або іонів Не- можна застосовувати для регулювання оптичних, електричних та магнітних властивостей різноманітних наноматеріалів на основі вуглецю, нанотрубок нітриду бору, напівпровідників, магнітних наночастинок, діоксиду кремнію, металевих кластерів і полімерів.

Хоча існує широкий спектр запропонованих варіантів застосування для опромінених іонами

Зо (нано)частинок, залишається велика складність у добре контрольованому масовому одержанні цих частинок. Для забезпечення рівномірного опромінення достатньої кількості матеріалу в джерелах прискорювачів пучок іонів розфокусовується і колімується безпосередньо перед подачею на мішень. Однак щільність іонів може коливатися до 20 95 через розподіл щільності іонів у перерізі пучка. Внаслідок енергетичної неоднорідності діапазони кількості іонів у мішені також можуть суттєво відрізнятися. Для високоенергетичних іонів глибина проникнення зазвичай становить від міліметрів до сантиметрів у випадку р", але для важчих іонів - лише від мікрометрів до сотень мікрометрів залежно від енергії іонів та щільності мішені.

Високоенергетичні іони втрачають енергію на своєму шляху і закінчують свій шлях з піком

Брегга, після якого вплив на речовину є незначним. Більш того, порошки наночастинок демонструють погану теплопровідність і можуть перегріватися під час опромінення, що вимагає застосування тонких шарів наночастинок у мішені для запобігання термічно індукованим змінам наночастинок. Ці причини роблять масштабування виробництва надзвичайно складним, оскільки лише дуже тонкі шари наночастинок можуть бути ефективно та рівномірно опромінені.

Важливим представником частинок, які потребують іонного опромінення під час їх одержання, є флуоресцентний наноалмаз (ЕМО), що містить центри азот-вакансія (ММ). Центри

ММ в ЕМО можуть застосовуватися для забезпечення ультрачутливого виявлення за допомогою сенсорів магнітного та електричного поля, гіперполяризації спіну ядер "С в алмазі та конструювання хімічних зондів. Вони також можуть використовуватися як одиничні фотонні випромінювачі та кубіти. Флуоресценція центрів ММ залежить від спіну, що дозволяє здійснювати когерентні маніпуляції з одиничними ММ та вимірювати оптично виявлений магнітний резонанс одиночних спінів в умовах навколишнього середовища. ЕМО демонструють низьку токсичність, і нещодавно було продемонстровано їх використання як яскравих флуоресцентних зондів з випромінюванням у ближній інфрачервоній області для одержання біомедичних зображень високої роздільної здатності та наномедицині. Незважаючи на останні досягнення в процедурах одержання, більш широке використання ЕМО залишається обмеженим потребою у тривалому та дорогому опроміненні високоенергетичними іонами або електронами, що дозволяє одержувати лише невелику кількість матеріалу (до сотень міліграмів) за раз. Сучасні підходи щодо опромінення узагальнені в (Маді, А., Нетвеїіааг, 5. В. 8 зЗепітаасді, В. Ітргоміпуд зипПасе апа аегїесі сепієї спетівігу ої Пиогезсепі паподіатопа ог ітадіпа 60 ригрозез-а гемієм. Апаї. ВіоапаІ. Спет. 407, 7521-7536 (2015); та Нвіао, МУ. М/.-МУ., Ниї, М. М.,

Тваї, Р.-С. 5 Спапо, Н.-С. Ріпогезсепі Маподіатопа: А Мегзайе Тоої! ог Гопда-Тепт Сеї! Тгаскіпо, зЗирег-Везоїшіоп Ітадіпу, апа Мапозсаіє Тетрегаїште бепвзіпа. Асс. Спет. Нез. 49, 400-407 (2016).

Утворення центрів ММ у наноалмазах технічно є двостадійним процесом і зазвичай передбачає ії) створення вакансій у решітці алмазу із застосуванням опромінення високоенергетичними частинками з наступною ії) рекомбінацією вакансій з атомарними домішками азоту за високотемпературного відпалювання.

Іншим важливим наноматеріалом, що потребує іонного опромінення під час його одержання, є наночастинки карбіду кремнію (51іС), одного з ключових матеріалів, що використовується для розробки фотонних та електронних приладів наступного покоління. ЗіС утворює різноманітні політипи, що мають ряд різних дефектів решітки, які можуть бути утворені під час опромінення високоенергетичними частинками. Деякі з них демонструють однофотонну емісію і їх можна використовувати як твердотільні кубіти за кімнатної температури. Наприклад, кубічний політип 30-5іС забезпечує створення однофотонного випромінювача - пари антиструктурний дефект вуглецю-вакансія. Утворення цієї пари вимагає двостадійного процесу і зазвичай передбачає створення вакансій у решітці 5іС із застосуванням опромінення високоенергетичними частинками із наступним утворенням пар за високотемпературного відпалювання. Крім того, наночастинки 3С-51іС є біосумісними і можуть бути використані як фотостабільні флуоресцентні мітки у візуалізації клітин. Як і у випадку з ЕМО, більш широке застосування фотолюмінесцентного 5іС обмежене, оскільки сучасні підходи до опромінення дозволяють одержувати лише невелику кількість матеріалу.

Хоча потенційне застосування опромінених іонами матеріалів на основі (нано)частинок охоплює вражаючий діапазон від електроніки до біомедицини, їх масове одержання залишається великою складністю, значною мірою через фізичні та технічні обмеження методик опромінення.

Короткий опис винаходу

Відповідно до першого аспекту даний винахід передбачає спосіб опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу або карбіду кремнію, при чому вказаний спосіб включає стадії

Зо а. включення основи у вигляді частинок у тверду матрицю, що містить атоми "В; р. піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; з одержанням твердої матриці, що включає опромінену основу у вигляді частинок.

Відповідно до другого аспекту даний винахід передбачає опромінену основу у вигляді частинок, одержувану відповідно до способу за даним винаходом.

Відповідно до третього аспекту даний винахід стосується способу створення центрів азот- вакансія в частинках алмазу із застосуванням способу опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу, що включає стадії а. включення наночастинок алмазу у тверду матрицю, що містить атоми "В; р. піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; с. розчинення твердої матриці з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу; і й. відпалювання опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу, у атмосфері аргону, у вакуумі або у присутності азоту за температури вище 600 "С.

Відповідно до четвертого аспекту даний винахід стосується способу створення пар антиструктурний дефект вуглецю-вакансія в частинках карбіду кремнію із застосуванням способу опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію, що включає стадії а. включення наночастинок карбіду кремнію у тверду матрицю, що містить атоми "ОВ; р. піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; с. розчинення твердої матриці з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію; і а. термічна обробка опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію, на повітрі за температури вище 500 "С.

Короткий опис графічних матеріалів

На Фіг. 1 представлена гістограма, що демонструє розподіл за розмірами на основі аналізу приблизно 1000 частинок, одержаних з мікрофотографій ТЕМ.

На Фіг. 2 представлений графік, що демонструє розподіл за розміром, одержаний за допомогою динамічного світлорозсіювання (015), ЕМО розміром 35 нм та 150 нм у водному розчині. Концентрація колоїдів становила 0,5 мг/мл.

На Фіг. З представлений спектр фотолюмінесценції МО розміром 35 нм, опромінених тільки нейтронами (контрольний зразок без присутності 98203) та нейтронами в розплаві "9В2Оз відповідно до способу за даним винаходом.

На Фіг. 4 продемонстровано порівняння спектрів фотолюмінесценції зразків МО розміром 35 нм, опромінених в ядерному реакторі (п-4) відповідно до способу за даним винаходом, із спектрами зразків, опромінених у циклотроні протонами (р) або а-частинками.

На Фіг. 5 продемонстровано порівняння спектрів фотолюмінесценції зразків МО розміром 150 нм, опромінених в ядерному реакторі (п-а) відповідно до способу за даним винаходом, із спектрами зразків, опромінених у циклотроні протонами (р).

На Фіг. 6 продемонстровані спектри фотолюмінесценції МО розміром 35 нм, опромінених в ядерному реакторі в невеликому та великому масштабі, відповідно до способу за даним винаходом. Спектри нормалізовані до їхніх максимумів.

На Фіг. 7 продемонстрований спектр фотолюмінесценції наночастинок 5іС, опромінених відповідно до способу за даним винаходом ("без окиснення"), та наночастинок 5іС, опромінених відповідно до способу за даним винаходом, окиснених та відпалених ("з окисненням"). Частинки зіС осаджували на покривне скельце.

Детальний опис винаходу

Даний винахід стосується придатного до масштабування нового способу швидкого ізотропного опромінення матеріалів (основ у вигляді частинок) легкими іонами, що утворюються рівномірно іп 5йи за допомогою ядерної реакції. Нейтрони, захоплені "В, утворюють ізотропний потік високоенергетичних а-частинок і 7 і", який рівномірно опромінює навколишні частинки. Ці легкі високоенергетичні іони утворюються із "В, що міститься в твердій матриці, під час опромінення матриці нейтронами, за допомогою двох каналів ядерної реакції, які описані рівняннями 0) та 42) та відбуваються з різними ймовірностями (Р): о5 5В-ндп-о Не-нзі і--у(048 МеВ) --231 Мев Р - 9455 (7), 19 В-дп-аНе--4 г і--2,79 МеВ Р - 695 (2) із загальним перерізом поглинання приблизно 3800 барн для теплових нейтронів. Ці ядерні реакції застосовуються в способах, описаних у даному документі, для ізотропного опромінення об'ємного зразка, що містить рівномірно розподілені наночастинки, замість відомих з рівня техніки методик піддавання опроміненню тонкого шару наночастинок високоенергетичним іонним пучком, діапазон якого низький і приводить до характерного неоднорідного розподілу дефектів у матеріалі (пік Брегга). Високоенергетичні іони генеруються рівномірно у всьому об'ємі зразка за допомогою реакції В з тепловими нейтронами й утворюють необхідні структурні дефекти в частинках, такі як вакансії у решітках. Вакансії необов'язково можуть бути додатково перетворені в інші дефекти під час термічного відпалювання опроміненого матеріалу у вигляді частинок.

У способі за даним винаходом утворений ізотропний потік високоенергетичних а-частинок і 7», таким чином, рівномірно опромінює навколишні наночастинки. Основу у вигляді частинок піддають дії високоенергетичних іонів, що утворюються в твердій матриці, яка оточує основу у вигляді частинок з усіх сторін, таким чином, при цьому високоенергетичні іони надходять з усіх напрямків.

Даний винахід передбачає спосіб опромінення (високоенергетичними легкими) іонами основи у вигляді частинок, що включає стадії а. включення основи у вигляді частинок у тверду матрицю, що містить атоми "В; р. піддавання матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок.

Тверда матриця містить атоми "В. Вона може бути одержана з будь-якого придатного матеріалу, що містить "ОВ, в тому числі елементарного бору, оксидів бору, боронових кислот, боратів, боридів, естерів борної кислоти, боросилікатів та їх сумішей. Переважно матеріал, що містить "ОВ, вибраний з боратів та оксидів бору. Найбільш переважно матеріал, що містить "ОВ, являє собою оксид бору, більш конкретно ""В2Оз (дибор-10-триоксид).

Тверда матриця може також називатися матрицею, що містить бор.

У деяких переважних варіантах здійснення матеріал, що містить "В, являє собою оксид бору (ВгОз), який містить атоми "В у природному співвідношенні або збагачений атомами "ЗВ.

В інших варіантах здійснення матеріал, що містить "В у вихідній твердій матриці, являє собою боронову кислоту (НзВОз), яка містить атоми "В у природному співвідношенні або збагачена атомами "В. Боронову кислоту можна піддавати дегідратації після стадії включення основи у вигляді частинок у тверду матрицю з одержанням оксиду бору. Боронова кислота в таких варіантах здійснення може розглядатися як попередник оксиду бору, який потім присутній у матриці після дегідратації.

У деяких варіантах здійснення матриця передбачає матеріал, який містить бор, що передбачає суміш ізотопів бору. Тверда матриця зазвичай містить як атоми "ОВ, так і атоми "В.

У деяких варіантах здійснення тверда матриця містить атоми "В та "В у природному (що зустрічається в природі) ізотопному співвідношенні. В інших варіантах здійснення тверда матриця містить бор, який збагачений "В порівняно з природним співвідношенням ізотопів "В і "В, тобто матеріал, що містить бор, містить бор, який збагачений "В.

У переважному варіанті здійснення матеріал, який містить бор, містить бор, що характеризується природним співвідношенням ізотопів бору у суміші. Застосування В2гОз, що характеризується природним співвідношенням ізотопів бору у суміші, є переважним для деяких варіантів здійснення. В альтернативних варіантах здійснення матеріал, який містить бор, передбачає бор, збагачений "98.

Тверда матриця необов'язково може містити додаткові компоненти додатково до матеріалу, який містить бор. Ці додаткові компоненти можуть включати речовини, які впливають на фізичні властивості матриці або поліпшують їх, такі як інертні наповнювачі, речовини для змащування, розпушувачі тощо. У деяких варіантах здійснення матриця складається переважно (наприклад, на більше ніж 50 95, більше ніж 75 95 або більше ніж 90 95 за масою) або по суті повністю з матеріалу, який містить бор, зокрема матеріалу, що містить "В.

Застосовуваний у даному документі термін "основа у вигляді частинок" або "основа" стосується матеріалу, що містить наночастинки алмазу або карбіду кремнію, який обробляють у способі за даним винаходом, тобто вихідного матеріалу. Основу розглядають як основу "у вигляді частинок", оскільки вона зазвичай знаходиться у формі частинок.

Основи у вигляді частинок переважно є такими, що входять до категорії наночастинок.

Термін "наночастинка", застосовуваний у даному документі, стосується частинок, що характеризуються діаметром від 0,5 нм до 10 мкм, переважно від 1 нм до 5 мкм, більш переважно від 1 нм до 2 мкм. Подібним чином під терміном "наночастинки" мається на увазі сукупність частинок, які характеризуються середнім діаметром від 0,5 нм до 10 мкм. Фахівцю у даній галузі техніки буде зрозуміло, що "діаметр" у даному контексті стосується діаметра

Зо сферичної частинки або еквівалентного сферичного діаметра (Е5О) об'єкта неправильної форми, що є діаметром сфери еквівалентного об'єму. Розміри частинок зазвичай вимірюються за допомогою аналізу зображень на мікрофотографіях ТЕМ (спосіб, описаний у Кейог 4. Сідіег,

Ріатопа 8. Неїаїєйд Маїегіа!5 2014, 46, 21-24).

Для популяцій наночастинок переважно, щоб щонайменше 50 95 або щонайменше 70 95 частинок потрапляли у визначений діапазон розмірів (96 відповідає середньочисловому розподілу). Переважно щонайменше 50 95 (050, середньочисловий розподіл) або щонайменше 70 95 (070, середньочисловий розподіл) частинок характеризуються діаметром (як визначено у даному документі вище) від ї нм до 2 мкм. Більш переважно щонайменше 80 95 частинок характеризуються діаметром (як визначено у даному документі вище) від 1 нм до 2 мкм. Ще більш переважно щонайменше 90 95 частинок характеризуються діаметром (як визначено у даному документі вище) від 1 нм до 2 мкм.

У деяких варіантах здійснення основа у вигляді частинок являє собою наноалмази або містить їх. Під "містить наноалмази" мається на увазі, що щонайменше 30 мас. 95, або щонайменше 50 мас. 96, або щонайменше 70 мас. 95, або щонайменше 90 мас. 95 основи у вигляді частинок утворено наноалмазами.

У деяких варіантах здійснення основа у вигляді частинок являє собою карбід кремнію або містить його. Під "містить карбід кремнію" мається на увазі, що щонайменше 30 мас. 95, або щонайменше 50 мас. 96, або щонайменше 70 мас. 95, або щонайменше 90 мас. 95 основи у вигляді частинок утворено карбідом кремнію.

Матриця, одержана на першій стадії та опромінена на другій стадії способу за даним винаходом, являє собою фізичну суміш основи у вигляді частинок з твердою матрицею.

Можна використовувати будь-які співвідношення основи у вигляді частинок і матеріалу твердої матриці, але переважно, щоб основа у вигляді частинок становила від 1 до 50 95 за масою від загальної маси матриці та основи у вигляді частинок. Більш переважно основа у вигляді частинок становить від 20 до 40 95 за масою від загальної маси матриці та основи у вигляді частинок. Найбільш переважно основа у вигляді частинок становить приблизно 35 95 за масою від загальної маси матриці та основи у вигляді частинок.

Включення основи у вигляді частинок у матеріал матриці можна здійснювати за допомогою багатьох способів. Можна розплавляти матеріал матриці, додавати основу у вигляді частинок та 60 забезпечувати тверднення матеріалу матриці таким чином, щоб утворювалась дисперсія основи в матриці. Може бути утворена однорідна суміш порошкоподібного матеріалу матриці та основи у вигляді частинок, і суміш можна плавити або спікати з утворенням однорідної дисперсії. У деяких варіантах здійснення основа у вигляді частинок суспендована у склоподібному розплаві матриці.

У варіантах здійснення, де матеріал твердої матриці містить або являє собою ВгОз (в тому числі "9В203), основу переважно змішують з порошкоподібним В2Оз й одержане нагрівають у придатній посудині за температури вище точки плавлення ВгОз (тобто 450 С), такій як вище 500 "С, переважно вище 600 "С, переважно вище 700 "С, такій як приблизно 750 "С.

Як альтернатива у деяких варіантах здійснення основу у вигляді частинок змішують з попередником матеріалу матриці. В одному варіанті здійснення основу змішують з бороновою кислотою (НзВоОз) і суміш нагрівають так, щоб здійснити дегідратацію боронової кислоти. Така дегідратація може бути здійснена шляхом нагрівання суміші, наприклад, вище 500 "с, переважно вище 600"С, переважно вище 700"С. У деяких варіантах здійснення використовується Нз'сВО».

Для досягнення найвищої ефективності процедури опромінення переважно тримати наночастинки в тісному контакті з багатим на "В середовищем. Переважно, щоб ця умова виконувалась шляхом створення дисперсії наночастинок у розплавленому оксиді бору (в тому числі 798203), який може бути утворений шляхом термічної дегідратації борної кислоти (в тому числі Нз""ВОз). Як первинне джерело "В можна використовувати ізотопно збагачену борну кислоту (99,5 мол. 95 198), оскільки борна кислота з природним вмістом ізотопів містить лише 20 мол. 5 198 та 80 мол. 95 інертного нукліду "В. Примітно, що Нз'єВОз є загальнодоступною і недорогою, оскільки велика її кількість виробляється для ядерної промисловості.

Під час включення основи у вигляді частинок у тверду матрицю матеріал матриці переважно може розмелюватися у порошок. Цього можна досягти за допомогою будь-якої придатної методики, наприклад, за допомогою ступки та товкачика або електричного млина.

Матриця із включеною основою у вигляді частинок піддають дії потоку нейтронів. Може використовуватися будь-яке придатне джерело нейтронів, в тому числі ядерний реактор, джерело випромінювання нейтронів внаслідок розщеплення або радіоіїзотопне джерело.

Ядерний реактор є переважним.

Зо Можуть застосовуватися нейтрони з енергією (температурою) у будь-якому діапазоні.

Переважно можуть застосовуватися нейтрони, які характеризуються енергією приблизно 0,0- 0,025 еВ (холодні нейтрони), приблизно 0,025 еВ (теплові нейтрони), 0,025-0,4 еВ (надтеплові нейтрони), 0,4-0,6 еВ (кадмієві нейтрони), 0,6-1 еВ (закадмієві нейтрони), 1-10 еВ (повільні нейтрони), 10-300 еВ (резонансні нейтрони), 300 еВ-1 МеВ (проміжні нейтрони), 1-20 МеВ (швидкі нейтрони) та » 20 МеВ (надшвидкі нейтрони). Переважно застосовують нейтрони, які характеризуються енергією 0,01-0,4 еВ, більш переважно 0,02-0,03 еВ.

Як альтернатива в одному варіанті здійснення нейтрони без спектральної (тобто енергетичної) фільтрації використовуються для опромінення матриці, що містить основу у вигляді твердих частинок. У даному варіанті здійснення матрицю, що містить основу у вигляді частинок, переважно опромінюють безпосередньо у ядерному реакторі. Це забезпечує простоту в експлуатації порівняно з використанням нейтронів із заданою енергією.

Потік нейтронів переважно становить від 1х10'92 см? с! до 1х10!5 см? с", більш переважно від 1х1012 см с до 1х1017 см с". Для теплових та надтеплових нейтронів є переважним потік від 1х1012 см? с" до 1х1017 см с,

Після опромінення матрицю, що містить тверду основу, можна залишити відстоюватись. Це забезпечує розпад будь-яких радіосізотопів, утворених під час опромінення.

В одному переважному варіанті здійснення матрицю видаляють із забезпеченням вилучення опроміненої основи у вигляді частинок. Це може бути здійснено фізичними або хімічними засобами. Можна повторно розплавити матеріал матриці та вилучити опромінену основу у вигляді частинок, наприклад, шляхом фільтрації.

Проте, є переважним, щоб матеріал матриці був видалений хімічними способами.

Відповідно, це включає обробку розчинником або реагентом(реагентами), що розчиняє(розчиняють) матрицю, а не опромінену основу у вигляді частинок. Переважно матеріал матриці видаляють шляхом обробки за допомогою водного розчину кислоти або основи. У випадку, якщо матеріал матриці містить ВгОз (в тому числі "9В2Оз) або складається з нього, переважно розчиняють у водному розчині лугу, переважно у водному розчині гідроксиду натрію.

Після звільнення від матриці вилучену опромінену основу у вигляді частинок можна піддавати одній або більше додатковим стадіям промивання з видаленням забруднювачів

(таких як радіонукліди). Було виявлено, що у даному контексті є застосовним промивання царською водою.

Вилучену опромінену основу у вигляді частинок можна піддавати одній або більше додатковим стадіям обробки залежно від природи основи та ймовірного застосування.

Переважно (наприклад, у випадку з наночастинками алмазів, МО) вилучену опромінену основу у вигляді частинок піддають стадії відпалювання в інертній атмосфері (переважно аргону або азоту) або у вакуумі за температури вище 600 "С, переважно вище 750 "С, більш переважно вище 850 "С, такій як приблизно 900 "С. Цей процес полегшує рекомбінацію вакансій в решітці, створених під час опромінення, з домішками решітки, такими як заміщуючі атоми азоту, з утворенням пар домішка-вакансія. Наприклад, атоми азоту під час відпалювання з вакансіями утворюють центри азот-вакансія.

Після вищевказаної стадії відпалювання відпалену основу у вигляді частинок переважно піддають додатковій стадії термічної обробки на повітрі. Це переважно проводять за температури вище 400 "С, переважно вище 450 "С, більш переважно від 500 "С до 550 "С, такій як приблизно 510 "С. Ця стадія викликає окиснення алмазу та видалення 5рг-структур вуглецю, які можуть бути присутні на поверхні.

В конкретних аспектах даного винаходу спосіб за даним винаходом може бути застосований для одержання двох флуоресцентних наноматеріалів, які мають науковий інтерес: наноалмази з центрами азот-вакансія та наночастинки карбіду кремнію (5іС) з парами антиструктурний дефект вуглецю-вакансія. Флуоресцентні наночастинки високої якості одержують із застосуванням такого короткого часу опромінення, як З хвилини для наноалмазів та 15 хвилин для 51іС.

У даному документі описаний підхід для масового виробництва опромінених іонами наночастинок із використанням легких іонів (переважно а-частинок й іонів 7 іх), які утворюються іп 5йи. Цільові наночастинки диспергують у твердій матриці, що містить "В (переважно ізотопно збагачений), і поміщають в ізотропний потік нейтронів, де на "В рівномірно відбувається нейтронно-індукована реакція. У цьому підході застосовують переваги нейтронів, в тому числі їхню велику глибину проникнення в мішень, визначену головним чином поперечними перерізами їх поглинання, відсутністю порогової енергії для ядерної реакції та можливістю

Зо масштабування опроміненого матеріалу до десятків грамів. Спрямований у всі напрямки локальний потік легких іонів, утворених іп 5йи з 79, рівномірно опромінює навколишні наночастинки. Більш того, із застосуванням високих значень густини потоку нейтронів (1012-1014 см2 с7), які зазвичай передбачаються в експериментальних ядерних реакторах, також можна забезпечити надзвичайно великі потоки високоенергетичних іонів. Отже, способи за даним винаходом досягають ефектів, порівняних із ефектами, одержаними в результаті годинного опромінення в прискорювальних пристроях, за декілька хвилин і з набагато більшими об'ємами.

Способи за даним винаходом застосовуються для демонстрації переваг у виробництві двох флуоресцентних наноматеріалів: нанокристалів алмазу, що містять центри флуоресцентного забарвлення азот-вакансія (ММ) у кристалічних решітках (ЕМО), та кубічних наночастинок карбіду кремнію, що містять пари антиструктурний дефект вуглецю-вакансія. У даний час обидва наноматеріали становлять великий науковий інтерес, оскільки вони забезпечують безпрецедентні оптичні, електронні та магнітні властивості.

Крім того, способи за даним винаходом можуть забезпечити масштабування процедури опромінення. Наприклад, було одержано 70 г флуоресцентних наноалмазів за приблизно 30- хвилинний період опромінення. Таким чином, спосіб за даним винаходом збільшив поточні препаративні значення виходу в 102-103 разів із забезпеченням одержання сотень грамів наночастинок за один день.

Приклади здійснення винаходу

Експериментальні способи

Хімічні речовини

Гідроксид натрію, хлористоводнева кислота (3595), азотна кислота (6595) та сірчана кислота (96 95) були придбані у Репіа (Чеська Республіка). Нітрат калію та фтористоводнева кислота (40 95) були придбані у Зідта Аїагісп (Прага, Чеська Республіка). Всі хімічні речовини були якості "ч. д. а.» та застосовувались у стані поставки без додаткового очищення. Борна кислота, збагачена до 99,5 95 "В, постачалась компанією Каїспет Ца., Чеська Республіка.

Оксид бору) (99,9--95) був придбаний у бігет СПетісаіє, Іпс. Деіїонізовану воду, що застосовувалася для всіх стадій промивання та одержання розчинів, одержували за допомогою системи очищування води Міїїроге Зупегду М ОКгариге.

Попередня обробка МО та 5іС

МО постачалися компанією Місгодіатапі Зу/ілегапа (мем 0-0,05 та М5У 0-0,25, що містить приблизно 100-200 ррт природних домішок азоту). МО окиснювали за допомогою повітря у печі (трубчаста піч Тпегптоїупе 21100) за 510 С протягом 5 год. і потім обережно очищали з видаленням слідових кількостей елементів (наприклад, заліза), які можуть активуватися в потоці нейтронів, що призводить до небажаного радіоактивного забруднення продукту. Продукт мав незначну радіоактивність після здійснення наступного очищення. МО обробляли сумішшю

Нг5О» та НМО:з (9:1) за 90 "С протягом З днів і промивали за допомогою води, 1 М Масон та 1 М

НОСІ. Одержане промивали додаткові 5 разів водою та потім висушували сублімацією.

Очищений порошок МО (500 мг) змішували з 2,0 г На9ВОз, подрібненими у ступці, та переносили в тигель із синтетичного корунду. Суміш поміщали у вертикальну піч (трубчаста піч

Тпептоїупе 21100) та нагрівали до 600 "С протягом 5 хв. (до припинення утворення водяної пари). Потім температуру підвищували до 700"С і розплав гомогенізували шляхом перемішування та залишали охолоджуватися до к. т. Кінцевий склоподібний композит спочатку подрібнювали у ступці, а потім розмелювали у порошок в невеликих кульових млинах. Типова втрата маси під час такого плавлення становила 39 95 через дегідратацію борної кислоти до оксиду бору (ІІІ). Кінцевий розплав, що використовувався для опромінення, містив 33 мас. 95 МО та 22 мас. 96 798.

Кубічні наночастинки 5іС (РіазтаСпет СтрбнН, РІ-СТ-51ІС, 150-200 нм; 1,00 г) змішували з оксидом бору (2,25 г) та подрібнювали в агатовій ступці. Суміш переносили у порцеляновий тигель та нагрівали у вертикальній печі (Марегпйпегт КТ 50-250/13) за 720 "С протягом 10 хв.

В'язкий розплав гомогенізували шляхом перемішування, вишкрібали шпателем та залишали охолоджуватися до к. т. Кінцевий світло-сірий склоподібний композит подрібнювали в кульовому млині та розтирали у дрібний порошок у ступці.

Опромінення та обробка МО і 5іС

Порошкоподібні розплави МО і "98В2Оз герметизували у капілярах із кварцового скла, що не містять натрію (внутрішній діаметр 1,5 мм; висота розплаву 11 мм), вставляли в алюмінієвий контейнер та опромінювали у вертикальному каналі НВ з водяним охолодженням (-45 С), розміщеному у берилієвому відбивачі ядерного реактору ЇМК-15 Кезеагсп Сепіге Ке7, ЦП. за густини потоку нейтронів 2х103 см? с, 1х1013 см? с! та 7х1012 см? с! для теплових,

Зо надтеплових та швидких нейтронів відповідно протягом різних періодів часу (3-100 хв.). Ні МО, ні кварцове скло не повинні містити слідів натрію, оскільки природний моноіїзотоп Ма легко активується нейтронами до "Ма, який є джерелом випромінювання бета- та гамма-частинок з періодом напіврозпаду 14,997 год. Якщо вихідні речовини містять слідові кількості натрію, то найпростішим варіантом є забезпечення розпаду 2"Ма протягом 10 періодів напіврозпаду (одного тижня або коротшого часу у випадку меншого забруднення) після опромінення. Потім зразок можна обробляти як нерадіоактивний. Після опромінення капіляри розкривали і залишали на ніч у флаконі з 6 М Маон за 60 "С для розчинення оксиду бору(ІІ). Залишок, який прилипав до кварцового скла, видаляли в ультразвуковій ванні. Надосадову рідину промивали поступово за допомогою 6 М Маон, Нео, 1 М НСЇІ та 5 разів за допомогою НгО. Можливі осколки кварцового скла відокремлювали седиментацією. Надосадову рідину обробляли за допомогою концентрованої НЕ протягом 12 год.; промивали за допомогою НгО, 1 М НСеСЇ та 5 разів за допомогою НО і ліофілізували.

Шість капілярів із кварцового скла, кожен із яких заповнений 55 мг композиту 5іС-В2гОз, герметизували в алюмінієвих контейнерах. Капіляри опромінювали протягом різних періодів часу (3-15 хв.) у вертикальному каналі НВ з водяним охолодженням (-45"С) у ядерному реакторі ЇМА-15 за густини потоку нейтронів 3,6 х 10713, 8,4 х 1012 та 5,6 х 1012 сме с" для теплових, надтеплових та швидких нейтронів відповідно. Після опромінення капіляри відкривали і їх вміст двічі промивали за допомогою 2 М Маон за 95 С для розчинення оксиду бору. Надосадову рідину поступово промивали за допомогою Нео (двічі), 1 М НСІ та НО (п'ять разів) та ліофілізували. Одержаний порошок 5іС окиснювали повітрям у печі (Марегійегт КТ 50- 250/13) протягом З год. за 550 70.

Опромінення МО у великому масштабі

Для одержання у великих масштабах МО постачались від Непап Ниїїепд Оіатопа Со., Ча.,

Китай (НЕО-РЕ, 35 нм). Тонкий шар МО (166,8 г) у керамічній посудині окиснювали повітрям у печі (Сіазіс С7, 1013 5) за 510 "С протягом З год. з одержанням 119,8 г окиснених МО (вихід 72 9).

Окиснені МО (105,0 г) змішували з оксидом бору (236,3 г), подрібненим у ступці, та нагрівали партіями по 20 г у вертикальній печі (Марегпйпегт КТ 50-250/13) за 700 "С, 10 хв. на партію.

В'язкий розплав гомогенізували шляхом змішування, вишкрібали шпателем та залишали охолоджуватися до к. т. з загальним виходом 94 95 (321,8 г). Кінцевий склоподібний композит бо подрібнювали в кульовому млині (Кеїзсп ММ 400) та розтирали у дрібний порошок у ступці.

10 спеціально виготовлених алюмінієвих контейнерів заповнювали порошком композиту (24 г на контейнер), герметично закривали та опромінювали протягом З хв. у вертикальному каналі

НЄ з водяним охолодженням (-45 "С) у ядерному реакторі І МК-15 за густини потоку нейтронів 5,4х1013, 7,7х1013 та 6,5х1012 см? с" для теплових, надтеплових та швидких нейтронів відповідно. Після опромінення контейнери залишали на 2 тижні в екранованій гарячій камері з забезпеченням розпаду залишків короткоживучих радіонуклідів, утворених активацією нейтронами. Контейнери відкривали й одержаний порошок змішували з 1000 мл 10 945 Ммаон, перемішували за 95 "С протягом 1 год. з розчиненням оксиду бору та можливих залишків алюмінію і залишали відстоюватися протягом ночі. Осад один раз промивали за допомогою

НО, відокремлювали центрифугуванням та обробляли за допомогою 800 мл киплячої царської води протягом 1 год. з розчиненням слідових кількостей можливих довгоживучих радіонуклідів.

Осад промивали чотири рази за допомогою НО та ліофілізували. Кінцевий вихід становив 70 г

МО у формі світло-сірого порошку (вихід 95 95 після обробки).

Відпалювання та окиснення

Усі зразки МО відпалювали за 900 "С протягом 1 год. В атмосфері аргону з наступним окисненням на повітрі за 510 С протягом 4 год. за нормального тиску в трубчастій печі

Тпептоїупе 21100, відкаліброваній за допомогою зовнішньої термопари (Теб5іо АС 1009). За даними аналізу зображення, одержаного за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії (ТЕМ), одержані частинки характеризувались діаметром 35 нм.

Вимірювання за допомогою ТЕМ

Для оцінки розподілу за розмірами частинок ЕМО застосовували аналіз зображення мікрофотографій ТЕМ. Для кожного зразка аналізували приблизно 1000 частинок, одержували їхні еквівалентні діаметри кола та перераховували з одержанням гістограм зваженого за об'ємом розподілу (Фіг. 1). Мідні сітки з вуглецевим покриттям (Рузег) окиснювали в камері для

УФ-озонування (ШМ/О2опе Рго СіІвапег Ріи5, Віоїогсе Мапозсіепсе5) протягом 15 хв., потім інкубували в розчині полі(етиленімін) (МУУ-2,5 кДа, 0,1 мг/мл) протягом 10 хв., промивали за допомогою води й інкубували у водному розчині МО (0,1 мг/мл) протягом З хв. Мікрофотографії одержували за допомогою мікроскопа У"ЕОЇ ОЕМ 1011 за прискорювальної напруги 80 кВ.

Аналіз розподілу частинок за розмірами проводили за допомогою програмного

Зо забезпечення Ітадеу. Розмір частинок виражався як еквівалентний діаметр кола (декв.), визначений іаметр круглої частинки з тією ж площею, що і відповідна частинка (5). декв - 5/7

Еквівадендні іяЗметри застосовували для розрахунку об'єму частинки (РМ),

РМ --л --К8. 5. і згодом для створення гістограми зваженого за об'ємом розподілу.

Вимірювання флуоресценції

Зразки одержували методом краплинного поливу водної дисперсії МО на полірованій кремнієвій пластині. Спектри люмінесценції вимірювали за допомогою раманівського мікроскопа

Кепібпам/ ІпМіа; довжина хвилі збудження становила 514 нм за потужності лазера 15 мВт, об'єктив 20х. Час дії становив 6 секунд, збільшення у 10 разів; було проведено 20 вимірювань кожного зразка. Спектри люмінесценції були одержані за кімнатної температури та нормалізовані до рамановського піку для алмазу.

Вимірювання ЕГІМ/АЄМ МО

ЕМО осаджували на покривне скельце, очищеному кисневою плазмою, шляхом нанесення покриття методом занурення протягом 5 хв. і промивали з застосуванням ОІ-води (МІС).

Концентрація вихідного розчину наночастинок становила 0,001 мг/мл. У випадку ЕГІМ зображення флуоресценції були зроблені з використанням конфокального флуоресцентного мікроскопа з розділенням у часі (МісгоТіте200 - Рісобоцчапі) з довжиною хвилі збудження 532 нм, потужністю лазера 1,2 мВт, із застосуванням водоіїмерсійного об'єктива боОх (ОіІутриб) і фільтра для пропускання довгих хвиль 650 нм (Едтипа Оріїс5, 004). Дані обробляли за допомогою Майар (К2014р, Маїймжогк5). Відбір ЕМО проводили за допомогою розрахованого часу життя швидкої флуоресценції (Б ІМ) (26 нс) та параметрів кількість/пікселі (210 імп.). Для одержання нормалізованої інтенсивності Рі на частинку виміряні інтенсивності флуоресценції нормалізували до розрахованої середньої інтенсивності флуоресценції одиночного центру ММ (на основі кореляційних вимірювань). Отже, нормалізована інтенсивність представляє собою приблизну кількість центрів ММ у частинці. Зображення АЕМ були зроблені на УРК Мапомігагає

АЕМ разом з налаштуваннями ЕГІМ Місгоїйте. Сканування проводили за допомогою вимірювань в режимі АС із застосуванням кремнієвих зондів (АСТА, з алюмінієвим покриттям на відбивальній стороні, АСТАЗОО - ТІ).

Визначення спектральних характеристик 51іС

Як підкладки використовували круглі покривні скельця для мікроскопа діаметром 25 мм.

Покривні скельця занурювали на ніч у концентрований розчин КОН/метанол і потім ретельно промивали деіонізованою водою та висушували. Зразки одержували методом краплинного поливу 15 мкл 0,01 мг/мл водного розчину частинок 5іС. Щоб локалізувати частинки, для запису флуоресцентних зображень застосовували систему конфокального флуоресцентного мікроскопа з розділенням у часі |МісгоТіте 200 (Рісосбцчапі, стрнН) з бох, 1,2 М.А., оснащеного імпульсним діодним лазером з довжиною хвилі 531 нм та водоіїмерсійним об'єктивом). Спектри флуоресценції одиничних частинок записували в режимі вимірювання з фіксованою точкою із застосуванням спектрографа Зпатгоск ЗО3Зі з волоконно-оптичними засобами, із використанням камери їХоп Ойга ЕМССО (Апаог). Спектри записували за потужності збудження 30 мкВт і часу інтегрування 15 с. Кінцеві спектри одержували шляхом віднімання темного спектру, записаного з порожньої основи в тих самих умовах.

Приклад 1

Для досягнення найвищої ефективності процедури опромінення переважно тримати наночастинки в тісному контакті з багатим на "В середовищем. Переважно, щоб ця умова виконувалась шляхом створення дисперсії наночастинок у розплавленому оксиді бору (в тому числі 798203), який може бути утворений шляхом термічної дегідратації борної кислоти (в тому числі Нз'98О3). Як первинне джерело "В може застосовуватися ізотопно збагачена борна кислота (99,5 мол. 95 198). Проте може використовуватися борна кислота з природним вмістом ізотопів 20 мол.9З5 В та 80 мол. інертного нукліду "В. Примітно, що Нз'оВОз є загальнодоступною і недорогою, оскільки велика її кількість виробляється для ядерної промисловості.

Два склоподібні розплави, що містять 33 95 за масою дисперсії МО розміром 35 нм і 150 нм у 1982О3, одержували, як описано у експериментальних процедурах. Для генерування спрямованого у всі напрямки локального потоку а-частинок й іонів Лі", який створює вакансії в кристалах МО, обидва склоподібні розплави завантажували в кварцові трубки й опромінювали в

Зо ядерному реакторі протягом З хв. Після опромінення матрицю "9В2Оз розчиняли у розчині МАОН і МО додатково обробляли шляхом відпалювання з утворенням флуоресцентних центрів ММ і поверхневого окиснення повітрям із наступною обробкою за допомогою суміші мінеральних кислот.

Виділення з розплаву "9В2Оз було майже кількісним за виходом і забезпечувало МО з характеристичним розподілом за розмірами (Фіг. 1) та колоїдною стабільністю у водних розчинах (Фіг. 2). Дзета-потенціали становили -46,7 мВ для МО розміром 35 нм та -41,0 мВ для

МО розміром 150 нм, що свідчить про сильну кулонівську стабілізацію негативним зарядом депротонованих карбоксилатів, які утворюються в результаті окиснення на поверхні наночастинок.

На Фіг. З продемонстровано порівняння інтенсивності флуоресценції МО розміром 35 нм, опромінених тільки нейтронами (контрольний зразок без присутності "В2Оз) та нейтронами в розплаві "9В2Оз. Інтенсивність флуоресценції зразка, опроміненого з "9В2Оз, у 14х вище, ніж інтенсивність флуоресценції зразка, опроміненого без "98203.

На Фіг. 4 продемонстровано порівняння спектрів фотолюмінесценції зразків МО розміром 35 нм ї 150 нм, опромінених в ядерному реакторі (п-0), та зразків, опромінених в циклотроні протонами (р) або са-частинками. На Фіг. 5 продемонстровано порівняння спектрів фотолюмінесценції зразків МО розміром 150 нм, опромінених в ядерному реакторі (п-о0), та зразків, опромінених в циклотроні протонами (р). Спектри як на Фіг. 4, так і на Фіг. 5 нормалізовані за їхніми максимумами. Вертикальні штрихові лінії, позначені як 2РІ.,, означають безфононну лінію центрів забарвлення ММ- (довжина хвилі 637 нм) та ММУ (довжина хвилі 575 нм) з типовими структурами фононних бічних смуг.

Співвідношення інтенсивностей ММ-/ММ9 (2РІ) безфононної лінії та ширина реплік 2РІ і фононів були подібними для опромінених нейтронами МО у склі з "9В2Оз та для ЕМО, одержаних із застосуванням безпосереднього опромінення у циклотроні за допомогою або р", або а- частинок (фігури 4 та 5). Оскільки ці спектральні параметри пов'язані із властивостями кристалів (утворені порушення структури, інші дефектні центри) та властивостями поверхні, подібність спостережуваних спектрів свідчить про те, що зразки, одержані за допомогою різних типів опромінення, мають аналогічне пошкодження в кристалічній решітці.

Іншою важливою властивістю ЕМО є частка флуоресцентних частинок у матеріалі. Для бо розрізнення флуоресцентних та нефлуоресцентних МО, присутніх у великій сукупності на рівні окремих частинок, застосовували одночасно мікроскопію візуалізації життя флуоресценції (РОМ) та атомно-силової мікроскопії (АЕМ). Частка ЕМО у матеріалі, опроміненому в ядерному реакторі, збільшилась в 2,6 рази у порівнянні з оптимально (НаміїК, У. єї аї. Воовзіїпд паподіатопі Япогезсепсе: омжагаз демеюртепі ої Бргіднієї ргобре5. МапозсаІіє 5, 3208-3211 (2013)) опроміненою за допомогою р" мішенню-таблеткою з МО у прискорювачі (49 95 порівняно 3 1995). Таким чином, процедура за даним винаходом підвищує рівномірність опромінення.

Більш того, частинки, опромінені в ядерному реакторі, були в середньому яскравішими і містили значно більшу частку дуже яскравих частинок (інтенсивність флуоресценції відповідає приблизно 5 центрам ММ та більше). Крім того, опромінення за допомогою прискорювача, що порівнювали, зайняло 4,5 год. (на відміну від З хв. у реакторі).

Таблиця 1 швея | Ж Дні реакторі протонами реакторі (масштабне)

Середня інтенсивність флуоресценції на частинку 32 1,7 2,7 (нормалізована/ум. од.)

Медіанна інтенсивність флуоресценції на частинку 21 1,4 1,68 (нормалізована/ум. од.)

Таблиця 1. Ізотропне опромінення високоенергетичними легкими іонами приводить до більшої частки флуоресцентних частинок і до більших значень інтенсивності флуоресценції. У таблиці порівнюються флуоресцентні МО, одержані за допомогою нейтронного опромінення в реакторі (даний приклад 1), та опроміненням протонами в циклотроні з використанням оптимізованої таблетки-мішені з одержанням у великих масштабах МО в реакторі (опромінення 240 г композиту МО-В2Оз в прикладі 2). Інтенсивність флуоресценції нормалізували до середньої інтенсивності одного центру ММ в частинці МО. Параметри розраховували для більше ніж 400 частинок.

Приклад 2

Спосіб за даним винаходом застосовували для одержання великої кількості ЕМО. Спочатку процедури одержання, опромінення та обробки були адаптовані до умов одержання у великому масштабі У даному випадку застосовували В2Оз з природним вмістом ізотопів. Для опромінення були розроблені двостінні контейнери, які забезпечують достатнє відведення тепла до охолоджувального середовища в ядерному реакторі та ізотропне опромінення композиту нейтронами. Після опромінення 10 контейнерів, що містять загалом 240 г композиту

МО-В2Оз з вмістом 3395 маса/маса МО (кожний контейнер протягом 3 хв., загальний час опромінення 0,5 год.), і стандартної обробки одержували 70 г ЕМО (вихід 95 95 від вихідної

Зо кількості композиту). Ця кількість більш ніж на два порядки перевищує будь-яку підтверджену кількість одержання ЕМО.

На Фіг. 6 продемонстровані спектри фотолюмінесценції МО розміром 35 нм, опромінених в ядерному реакторі в невеликому та великому масштабі, нормалізовані до їхнього максимуму.

ЕМО продемонстрували однакові особливості спектра порівняно з початковими невеликими партіями, опроміненими в капілярах (Фіг. 4). Спектри фотолюмінесценції підтвердили наявність центрів ММ у ЕМО з співвідношеннями інтенсивностей ММ-/ММО 2РІ, ідентичних таким у відповідних невеликих партіях. Важливо, що процедура збільшення у масштабі лише незначним чином вплинула на однорідність опромінення та яскравість ЕМО (таблиця 1). Частка ЕМО в матеріалі була у 2,2 рази вищою, ніж у оптимально опроміненої за допомогою р" мішені- таблетки з МО у прискорювачі (41 95 порівняно з 19 95). Ці результати демонструють, що одержання у великих масштабах забезпечує ЕМО з якістю, порівнянною з одержанням у малих масштабах.

Загалом, експерименти у великих масштабах продемонстрували, що короткий час опромінення та місткість каналів опромінення у ядерному реакторі забезпечують можливість напівбезперервного виробництва сотень грамів ЕМО на день. Порівняно з опроміненням електронами або високоенергетичними іонами в прискорювачах, у випадку яких вихід зазвичай досягає сотень міліграмів на день, спосіб за даним винаходом збільшив вихід ЕМО приблизно в 102-103 разів. Це забезпечує безпрецедентно високі одержувані значення виходу та економічно доцільне одержання опромінених наночастинок (ціна за годину опромінення однакова для ядерних реакторів та прискорювачів).

Приклад З

Щоб продемонструвати здатність за допомогою способу за даним винаходом одержувати дефекти решітки в іншому матеріалі, також застосовували карбід кремнію (51С). Подібним чином, як для МО, одержували композит кубічних наночастинок 30-51 (30,7 У5 за масою в композиті) з В2Оз, опромінювали в ядерному реакторі та обробляли (див. експериментальні способи). Після опромінення протягом 15 хв. і наступного відпалювання та окиснення на повітрі були одержані високолюмінесцентні наночастинки з одним домінуючим піком за приблизно 670 нм у спектрі фотолюмінесценції (Фіг. 7). Ця смуга раніше спостерігалася в опромінених електронами та окиснених наночастинок 3С-51С та була віднесена до дефекту антиструктурний дефект вуглецю-вакансія.

На Фіг 7 продемонстрований спектр фотолюмінесценції лише опромінених ("без окиснення") та опромінених, окиснених і відпалених ("з окисненням") наночастинок 5іС. Смуга за приблизно 670 нм була віднесена до пари антиструктурний дефект вуглецю-вакансія.

Окиснення додатково покращило розчинність як опромінених, так і неопромінених зразків та приводило до стабілізації люмінесценції. Загалом, дані вказують на ефективне створення фотолюмінесцентних точкових дефектів в кубічних наночастинках 5іС та демонструють можливість опромінення за допомогою способу за даним винаходом наноматеріалів, відмінних від МО.

На закінчення, в даному документі описаний спосіб, який легко можна масштабувати для одержання наночастинок, опромінених легкими іонами, з використанням а-частинок й іонів 7 і», які генеруються іп 5йи. Цільові наночастинки, включені в збагачений ізотопами "В оксид бору, поміщають у потік нейтронів, де рівномірно відбувається нейтронно-індукована реакція на "В з одержанням ізотропного спрямованого в усі боки потоку легких іонів. Такі іони створюють структурні дефекти в наночастинках. Таким чином, спосіб за даним винаходом поєднує переваги підходів щодо опромінення нейтронами та іонами. Було продемонстровано його корисність для одержання ЕМО, що містять центри забарвлення азот-вакансія, та наночастинок 30-5іС з парами антиструктурний дефект вуглецю-вакансія. У контрольному експерименті у

Зо великому масштабі протягом півгодинного періоду опромінення одержували 70 г ЕМО із застосуванням оксиду бору з природним вмістом ізотопів "В. Опромінення було дуже рівномірним, з одержанням матеріалу з високою часткою яскравих флуоресцентних частинок.

Через переважний великий переріз "В для захоплення нейтронів спосіб за даним винаходом можна проводити з надзвичайно коротким часом опромінення, який становить всього декілька хвилин. Це забезпечує можливість одержання значень виходу, що становлять сотні грамів наночастинок на день, що прискорює поточні швидкості одержання в 102-103 разів.

Дана методика у поєднанні з загальною доступністю до ядерних реакторів (в даний час у всьому світі з відкритим доступом використовуються 59 дослідницьких ядерних реакторів, застосовних для даного типу опромінення) може полегшити одержання наночастинок з чітко визначеними властивостями, опромінених легкими іонами, що можуть широко використовуватися в різних варіантах застосування, таких як напівпровідникові, магнітні пристрої, квантові датчики, оптичні пристрої та пристрої для біовізуалізації.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу або карбіду кремнію, причому вказаний спосіб включає стадії: а) включення основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу або карбіду кремнію, у тверду матрицю, що містить атоми "ОВ; і Б) піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів з одержанням твердої матриці, що включає опромінену основу у вигляді частинок.

2. Спосіб за п. 1, де тверда матриця містить щонайменше одне з Нз'"ВОз і 798203.

З. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де тверда матриця містить бор, що характеризується природним ізотопним співвідношенням "В і "В.

4. Спосіб за будь-яким із пп. 1-2, де тверда матриця містить бор, який збагачений "В порівняно з природним співвідношенням ізотопів "Ві 78.

5. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де основа у вигляді частинок являє собою основу у вигляді наночастинок, яка характеризується діаметром частинок від 0,5 нм до 10 мкм.

б. Спосіб за п. 1 або п. 2, де основа у вигляді частинок містить наночастинки, які бо характеризуються медіанним (050) діаметром від 1 нм до 2 мкм.

7. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де кількість основи у вигляді частинок становить від 1 до 50 95 за масою від загальної маси твердої матриці й основи у вигляді частинок.

8. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де основу у вигляді частинок включають у тверду матрицю шляхом змішування основи у вигляді частинок з матеріалом твердої матриці, плавлення матеріалу твердої матриці та забезпечення тверднення матеріалу твердої матриці з утворенням твердої дисперсії.

9. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де потік нейтронів становить від 1-1079 до 1-1075 см-

2.7, більш переважно від 1-1072 до 1-1015 смс.

10. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, що включає додаткову стадію розчинення твердої матриці з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок.

11. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, що включає додаткову стадію відпалювання опроміненої основи у вигляді частинок, переважно у атмосфері аргону, у вакуумі або у присутності азоту.

12. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, де основа у вигляді частинок містить карбід кремнію кубічного політипу 3С-510.

13. Опромінена основа у вигляді частинок, одержувана відповідно до способу за будь-яким із пп. 1-12.

14. Спосіб створення центрів азот-вакансія в частинках алмазу із застосуванням способу опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу, за п. 1, що включає стадії: а) включення наночастинок алмазу у тверду матрицю, що містить атоми "ов; р) піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; с) розчинення твердої матриці з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу; і 4) відпалювання опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки алмазу, у атмосфері аргону, у вакуумі або у присутності азоту за температури вище 600 "С.

15. Наночастинки алмазу, що містять центри азот-вакансія, одержувані відповідно до способу за п. 14.

16. Спосіб створення пар антиструктурний дефект вуглецю-вакансія в частинках карбіду Зо кремнію із застосуванням способу опромінення іонами основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію, за п. 1, що включає стадії: а) включення наночастинок карбіду кремнію у тверду матрицю, що містить атоми "ОВ; р) піддавання твердої матриці, одержаної на стадії а), опроміненню потоком нейтронів; с) розчинення твердої матриці з одержанням опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію; і а) термічна обробка опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію, на повітрі за температури вище 500 "С.

17. Спосіб за п. 16, де спосіб додатково включає стадію відпалювання опроміненої основи у вигляді частинок, що містить наночастинки карбіду кремнію, у атмосфері аргону, у вакуумі або у присутності азоту за температури вище 600 "С, яку проводять після стадії с) та перед стадією

9).

18. Наночастинки карбіду кремнію, які містять пари антиструктурний дефект вуглецю-вакансія, одержувані відповідно до способу за п. 16 або 17.

а : зз нм МІ З В з КК ї ШИШКИ Ж й шт т Е Ж 55315 ниМО я-оов БЖ НВ За Б Ж-Ж шЕх З г Я Я КОЖ - З ка: 25 че ЩЕ п ке ї г т їй НЕБІ, а ! НЕ З НП - Н й : Я | вх . ЖЕ М с ; ЗЕ Б щ Х З В І Е ій ; хх Я дк -яК Шк Я її ме ЖЕ КЗ ї- С) ЯН КЕН ни КЕКВ КЗ с і НЕ». и а Б ЩІ Б / ТІ КЕН и КК -- ї ЕЕ МК НК кі ЕН Ки ПОКМ КЕ х і 4 ЕН І : ї Що МКК о КК ОКХ Я с ЕД НІ КЕКВ М ВЕ Ей ЕДЕНН ! ЕІ КВК КН КЕКВ - г ЯН ня | КО о. З . КН ГЕ. В ВМ КМ КВК Кк ж Є ЗИ. | ТЕЗ СКК В КЕНЕ КН кут З КЕНІЯ; се ооо Же 7 ЕЕ КЕН и А КЕ КК В Вт У МКК ВЕК ЖИ КЯМ ДУ МКК КН КК КН и МУ Я ЕВ ФОКС Б ПО Б ВИ й 2 З: Я В Ка З ДІВОНх КИ ЕК КОЖ КВ М Х . 4 «а пару, пек о 5 1О 150 «0 250 ТЕ ке я ЛДідметрінм) .

ї . х - ї

Фіг. 1 зж т

17.5. сенн-н- В НМ МО ска, 7 - - ї - т х я ян 1530 м КО піл Ж - 5» я зх ї Ко жк м х жк ш 12,5 г ще й х х -е й . я Фк ск х ж ; ї 2 я я г от, ; - ба і ч зай ім : х в 5 : ях з в ч - - ї х , х ке ; у х 7 з М - Як 7 т ок х - з ; , ї- ; ; » з, су ж г т з ях Розмір (нм

Фіг. 2