Characterization and detection of Detonation Nanodiamonds using Raman Spectroscopy, Luminescence spectroscopy and Particle Image Velocimetry

The study focuses its attention on the characterization of two types of Nanodiamonds (RT DND and RT DND LN) that showed the best photoluminescence behaviour as previously studied [38]. For this aim, Raman spectroscopy and photoluminescence spectroscopy are two of the best methods for studying and analysing the luminescence spectra of carbon material including NDs. Raman spectroscopy is a very powerful tool for understanding the behaviour of excited NDs through all the spectra [37]. Photoluminescence spectroscopy will confirm the luminescence properties of the NDs showing the wavelength range where the NDs give the best light response ( around 680 nm ) and will verify the difference between unmodified (natural purified, RT DND) and modified (nitrogenized, RT DND LN) NDs in the emission of light when excited: the nitrogenized one have a wider broad spectra and a higher emission value thanks to the presence of vacancies and so of colour centers that allows the luminescence phenomena []. After the characterization, the PIV study will be carried on, verifying the eventual presence of a difference between the detection of only water particles (demineralized), of water/RT-DND mixture and water/RT-DND-LN mixture when sprayed from an airbrush end excited by the laser plane at 532 nm. For the three different samples various test were made with three main changing variables: pressure of airbrush, nozzle diameter for the airbrush and the exposure time of the PIV camera. If a difference is observed, there will be the definition of the best configurations of the three variables that allow the best visualization of the NDs particles during their stream path.

Lo studio si concentra nella caratterizzazione di due tipi di nano-polvere di diamante da detonazione (RT DND e RT DND LN) selezionati per le loro qualità di fotoluminescenza come citato da Z. Novak, A. Karczemska, D. Witkowski [38]. A questo fine, le tecniche di spettroscopia Raman e spettroscopia di fotoluminescenza sono due delle migliori per lo studio di materiali a base di carbonio, compresi i NDs. La spettroscopia di Raman è uno strumento molto potente per comprendere il comportamento dei NDs, quando eccitati, su tutto lo spettro [37]. La spettroscopia di luminescenza conferma le buone proprietà dei NDs mostrando il range di lunghezza d’onda dove la risposta è maggiore (circa 680 nm) e verificando le differenze tra NDs non modificati (naturali purificati, RT DND) e modificati (azotati, RT DND LN) quando eccitati dalla giusta lunghezza d’onda: i NDs azotati mostrano una banda più larga ed un valore di luminescenza più elevato, grazie alla presenza di lacune e quindi dei così chiamati centri di colore che permettono il fenomeno di luminescenza [10]. Conclusa la caratterizzazione lo studio procede, grazie alla tecnologia di Particle Image Velocimetry (PIV), alla verifica di una eventuale differenza nel rilevamento di solo molecole d’acqua (demineralizzata), del campione di acqua/RT DND e del campione acqua/RT DND LN quando erogati da un aerografo ed eccitati da un laser a lunghezza d’onda di 532 nm. Per i tre campioni sono stati eseguiti diversi test variando tre parametri principali: pressione dell’aerografo, diametro dell’ugello dell’aerografo e il tempo di esposizione della fotocamera utilizzata nel PIV. Se notata differenza nei numerosi test, verrà definita la miglior configurazione dei tre parametri che permetta una visualizzazione ottimale delle particelle di NDs come del loro flusso dopo l’erogazione.