Nanodiamonds for device applications: An investigation of the properties of boron-doped detonation nanodiamonds

Abstract

The inclusion of boron within nanodiamonds to create semiconducting properties would create a new class of applications in the field of nanodiamond electronics. Theoretical studies have differed in their conclusions as to whether nm-scale NDs would support a stable substitutional boron state, or whether such a state would be unstable, with boron instead aggregating or attaching to edge structures. In the present study detonation-derived NDs with purposefully added boron during the detonation process have been studied with a wide range of experimental techniques. The DNDs are of ~4 nm in size, and have been studied with CL, PL, Raman and IR spectroscopies, AFM and HR-TEM and electrically measured with impedance spectroscopy; it is apparent that the B-DNDs studied here do indeed support substitutional boron species and hence will be acting as semiconducting diamond nanoparticles. Evidence for moderate doping levels in some particles (~1017 B cm−3), is found alongside the observation that some particles are heavily doped (~1020 B cm−3) and likely to be quasi-metallic in character. The current study has therefore shown that substitutional boron doping in nm NDs is in fact possible, opening-up the path to a whole host of new applications for this interesting class of nano-particles.

The Puzzling Potential of Carbon Nanomaterials: General Properties, Application, and Toxicity

“… ( a ) TEM/HR-TEM images of different carbon nanomaterials: C 60 nanoparticles (scale bar = 100 nm), original figure; ( b ) nanodiamonds (scale bar = 5 nm), adapted from [ 26 ], ( c ) carbon nanotubes (CNTs) (scale bar = 2 μm), original figure; ( d ) graphene oxide (scale bar = 500 nm), adapted from [ 27 ]. …”

Nanodiamenty: unikalne nanocząsteczki do zastosowania w biomedycynie i biotechnologii

“…Strukturalna stabilność oraz możliwość modyfikacji nanocząsteczek determinowana jest w dużej mierze rodzajem atomów powierzchniowych [4]. NDs otrzymywane metodą detonacyjną charakteryzuje silnie zróżnicowana pod względem obecności grup funkcyjnych powierzchnia właściwa [13]. Obecność grup funkcyjnych zawierających tlen, takich jak: grupy aldehydowe, amidowe, eterowe, estrowe, hydroksylowe, karboksylowe, ketonowe, laktonowe, nitrowe oraz peroksydowe na powierzchni NDs (Ryc.…”

“…Modyfikacja powierzchni NDs wymaga rozbicia utworzonych agregatów NDs na pojedyncze nanocząsteczki [4]. W tym celu stosuje się mielenie kulowe, mielenie strumieniowe, obróbkę termiczną, sonikację lub frezowanie matry-cowe [5,13,17,18,20,21]. Etap rozbicia agregatów połączony jest najczęściej z frakcjonowaniem otrzymanego materiału poprzez jego dyspersję w odpowiednim separującym roztworze i wirowanie w gradiencie gęstości.…”

“…Potwierdzenie powodzenia oczyszczania, rozbicia agregatów NDs oraz ich frakcjonowania według wielkości wymaga zastosowania dodatkowych technik np. spektroskopii ramanowskiej, fourierowskiej spektroskopii w podczerwieni, elektronowej mikroskopii skaningowej, rentgenowskiej mikroskopii fotoelektronów, wysokorozdzielczej mikroskopii transmisyjnej lub rentgenografii strukturalnej [4,13,17,18]. Techniki te pozwalają na precyzyjną charakterystykę struktury, wielkości oraz czystości otrzymanego materiału [20,21].…”

Raman and Thermoluminescence Studies of HPHT Synthetic Nanodiamond Powders

“…Pure and doped diamond nanoparticles, because of its extraordinary mechanical performance, chemical resistance, adaptable surface chemistry, and biocompatibility, are considered an exceptional material for novel nanoscience and nanotechnology-based applications. [1,2] The increasing accessibility of high quality CVD films and HPHT crystalline diamonds, in a diversity of morphologies and sizes, from microcrystalline (MCD), nanocrystalline (NCD), and ultra nanocrystalline (UNCD), has motivated the investigation on the thermally and optically stimulated luminescence phenomena on these types of diamonds exposed to ionizing radiation. The purpose is to investigate the trapping and recombination processes associated to the promising application of nanodiamonds as radiation detectors and dosimeters.…”