Published March 23, 2018
| Version v1
Publication
Open
Ion implantation in nanodiamonds: size effect and energy dependence
Creators
- 1. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry
- 2. University of Huddersfield
- 3. Curtin University
- 4. Universidad Mayor
- 5. University of Chile
- 6. Kurchatov Institute
- 7. National University of Cuyo
- 8. Prokhorov General Physics Institute
Description
Nanoparticles are ubiquitous in nature and are increasingly important for technology. They are subject to bombardment by ionizing radiation in a diverse range of environments. In particular, nanodiamonds represent a variety of nanoparticles of significant fundamental and applied interest. Here we present a combined experimental and computational study of the behaviour of nanodiamonds under irradiation by xenon ions. Unexpectedly, we observed a pronounced size effect on the radiation resistance of the nanodiamonds: particles larger than 8 nm behave similarly to macroscopic diamond (i.e. characterized by high radiation resistance) whereas smaller particles can be completely destroyed by a single impact from an ion in a defined energy range. This latter observation is explained by extreme heating of the nanodiamonds by the penetrating ion. The obtained results are not limited to nanodiamonds, making them of interest for several fields, putting constraints on processes for the controlled modification of nanodiamonds, on the survival of dust in astrophysical environments, and on the behaviour of actinides released from nuclear waste into the environment.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الجسيمات النانوية موجودة في كل مكان بطبيعتها وهي ذات أهمية متزايدة للتكنولوجيا. وهي عرضة للقصف بالإشعاع المؤين في مجموعة متنوعة من البيئات. على وجه الخصوص، تمثل الماس النانوي مجموعة متنوعة من الجسيمات النانوية ذات الأهمية الأساسية والتطبيقية الكبيرة. نقدم هنا دراسة تجريبية وحسابية مشتركة لسلوك الماس النانوي تحت إشعاع أيونات الزينون. بشكل غير متوقع، لاحظنا تأثير حجم واضح على مقاومة الإشعاع للماس النانوي: تتصرف الجسيمات الأكبر من 8 نانومتر بشكل مشابه للماس العياني (أي تتميز بمقاومة عالية للإشعاع) في حين يمكن تدمير الجسيمات الأصغر بالكامل من خلال تأثير واحد من أيون في نطاق طاقة محدد. يتم تفسير هذه الملاحظة الأخيرة من خلال التسخين الشديد للماس النانوي بواسطة الأيون المخترق. لا تقتصر النتائج التي تم الحصول عليها على الماس النانوي، مما يجعلها ذات أهمية للعديد من المجالات، مما يضع قيودًا على عمليات التعديل المتحكم فيه للماس النانوي، وعلى بقاء الغبار في البيئات الفيزيائية الفلكية، وعلى سلوك الأكتينيدات المنبعثة من النفايات النووية في البيئة.Translated Description (French)
Les nanoparticules sont omniprésentes dans la nature et sont de plus en plus importantes pour la technologie. Ils sont soumis à un bombardement par rayonnement ionisant dans un large éventail d'environnements. En particulier, les nanodiamants représentent une variété de nanoparticules d'intérêt fondamental et appliqué significatif. Nous présentons ici une étude expérimentale et computationnelle combinée du comportement des nanodiamants sous irradiation par des ions xénon. De manière inattendue, nous avons observé un effet de taille prononcé sur la résistance au rayonnement des nanodiamants : les particules de plus de 8 nm se comportent de manière similaire au diamant macroscopique (c'est-à-dire caractérisées par une résistance élevée au rayonnement) alors que les particules plus petites peuvent être complètement détruites par un seul impact d'un ion dans une plage d'énergie définie. Cette dernière observation s'explique par un échauffement extrême des nanodiamants par l'ion pénétrant. Les résultats obtenus ne se limitent pas aux nanodiamants, ce qui les rend intéressants pour plusieurs domaines, imposant des contraintes sur les processus de modification contrôlée des nanodiamants, sur la survie des poussières dans les environnements astrophysiques et sur le comportement des actinides libérés par les déchets nucléaires dans l'environnement.Translated Description (Spanish)
Las nanopartículas son omnipresentes en la naturaleza y son cada vez más importantes para la tecnología. Están sujetos a bombardeos por radiación ionizante en una amplia gama de entornos. En particular, los nanodiamantes representan una variedad de nanopartículas de interés fundamental y aplicado significativo. Aquí presentamos un estudio experimental y computacional combinado del comportamiento de los nanodiamantes bajo irradiación por iones de xenón. Inesperadamente, observamos un efecto de tamaño pronunciado en la resistencia a la radiación de los nanodiamantes: las partículas mayores de 8 nm se comportan de manera similar al diamante macroscópico (es decir, se caracterizan por una alta resistencia a la radiación), mientras que las partículas más pequeñas pueden ser completamente destruidas por un solo impacto de un ion en un rango de energía definido. Esta última observación se explica por el calentamiento extremo de los nanodiamantes por el ion penetrante. Los resultados obtenidos no se limitan a los nanodiamantes, lo que los hace de interés para varios campos, imponiendo restricciones a los procesos para la modificación controlada de nanodiamantes, a la supervivencia del polvo en entornos astrofísicos y al comportamiento de los actínidos liberados de los residuos nucleares en el medio ambiente.Files
s41598-018-23434-y.pdf.pdf
Files
(2.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b67d2f90691468a4c211c35f056f4a94
|
2.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- غرس الأيونات في الماس النانوي: تأثير الحجم والاعتماد على الطاقة
- Translated title (French)
- Implantation ionique dans les nanodiamants : effet de taille et dépendance énergétique
- Translated title (Spanish)
- Implantación iónica en nanodiamantes: efecto de tamaño y dependencia energética
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3102198827
- DOI
- 10.1038/s41598-018-23434-y
References
- https://openalex.org/W14868717
- https://openalex.org/W1590339450
- https://openalex.org/W1859187313
- https://openalex.org/W1873390984
- https://openalex.org/W1911070930
- https://openalex.org/W1964081167
- https://openalex.org/W1980525158
- https://openalex.org/W1981368803
- https://openalex.org/W1981723973
- https://openalex.org/W1988782399
- https://openalex.org/W1989060947
- https://openalex.org/W1990768455
- https://openalex.org/W1997165066
- https://openalex.org/W2000770615
- https://openalex.org/W2003860274
- https://openalex.org/W2005026508
- https://openalex.org/W2006991640
- https://openalex.org/W2010688092
- https://openalex.org/W2014166972
- https://openalex.org/W2019465613
- https://openalex.org/W2025916247
- https://openalex.org/W2040466926
- https://openalex.org/W2045668332
- https://openalex.org/W2054267872
- https://openalex.org/W2066720730
- https://openalex.org/W2067924579
- https://openalex.org/W2069644751
- https://openalex.org/W2074105079
- https://openalex.org/W2088258091
- https://openalex.org/W2096661779
- https://openalex.org/W2130857950
- https://openalex.org/W2131178787
- https://openalex.org/W2136181941
- https://openalex.org/W2147415793
- https://openalex.org/W215597556
- https://openalex.org/W2332982420
- https://openalex.org/W2499648953
- https://openalex.org/W2605959016
- https://openalex.org/W3105798265
- https://openalex.org/W3106230202
- https://openalex.org/W4253056353