Deagglomeration and surface modification of nanodiamond via thermochemical and mechanochemical method

Nanodiamant weist aufgrund seiner herausragenden mechanischen, optischen und biokompatiblen Eigenschaften ein enormes Potential auf. Für eine erfolgreiche Anwendung muss dieser jedoch zunächst desagglomerisiert und an seiner Oberfläche funktionalisiert werden. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedlichen Methoden zur Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung vorgestellt. Im ersten Teil wird die thermochemische Methode beschrieben, um den ungewöhnlich stark agglomerierten Detonationsnanodiamant zu deagglomerieren. Dabei wird die Strategie verfolgt, den Nanodiamant erst durch eine thermische Behandlung im Vakuum die vorhandenen Oberflächengruppe zu entfernen, π-Bindungen zu etablieren und dann dessen Oberfläche durch kovalente Bindungen zu modifizieren. Im zweiten Teil wird eine mechanochemische Methode für die Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung vorgestellt. Dabei wird ein völlig neuer Ansatz (BASD-Verfahren) entwickelt. Die Ultraschallbehandlung in Kombination mit zusätzlichen Mikrokeramikpartikeln eignet sich hervorragend, um Nanodiamant-agglomerate aufzubrechen. Zwei unterschiedliche Reaktionen mit zwei unterschiedlichen Nanodiamantsorten werden getestet: Eine einfache Kondensationsreaktion durch Silanisierung und eine Radikalreaktion über das Diazoniumsalz. In weiteren Experimenten kann gezeigt werden, dass sich die zuerst vorgestellte thermochemische Methode auch eignet, um aus fluoreszierenden NV-Nanodiamant kolloidalen NV-Nanodiamant mit funktionellen Gruppen herzustellen. Der letzte Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Nanodiamanten aus Diamantfilmen mit Hilfe des Top-down Ansatzes, da der gezielte und kontrollierte Aufbau der Gitterstruktur des Diamanten sowie die kontrollierte Einführung bisher nur durch CVD oder Ionenimplantationstechnik möglich ist.Nanodiamond exhibits an enormous potential due to its outstanding mechanical, optical and biocompatible properties. However, a successful application must begin with deagglomerated and functionalized particles. In this study, two different methods for deagglomeration and surface functionalization are introduced. The first part deals with a thermochemical method for deagglomeration of unusual tight agglomerated detonation nanodiamond. Thereby, a new strategy is developed, in which the nanodiamond is partially graphitized by annealing in vacuum in order to remove the present surface groups and establish π-Bonds, followed by surface-modification through covalent grafting. In the second part, a mechanochemical method for the deagglomeration and surface functionalization is presented. A completely new approach (BASD method) is developed. Ultrasonic treatment in combination with additional micro-ceramic particles is excellently suited for breaking up agglomerates of nanodiamond.Two different reactions with two different types of nanodiamond are tested: A simple condensation reaction by silanization and a radical reaction of the diazonium salt. Further experiments show that the first presented thermochemical method is also suitable for production of colloidal nanodiamond with functional groups from fluorescent NV-nanodiamond. In the last part of the present work, the production of nanodiamonds from diamond films by means of a top-down approach is described. So far, only the CVD production of diamond enables a direct access to a structured diamond material