纳米钻石的物理基础和应用概况

一、纳米钻石特性

钻石是地球上最坚硬的物质，也是最宝贵的钻石材料。 在所有天然及合成材料中，钻石具有最高的硬度和热导率，最宽的光学透过范围的频率响应范围，折射率也最高，具有最好的耐磨特性，其声学特性、抗辐射能力及耐腐蚀等性能也是最好的。 可以说钻石是物质世界至今为止最完美的功能性材料。 由于钻石粉在军事上及国民经济中具有潜在的应用前景，其制备技术得到越来越多的重视。

纳米钻石是利用TNT和RDX爆轰高压（20万个大气压）高温（3000k）瞬间合成的球形纳米尺度物质，兼具纳米颗粒和超硬物质的双重性质，是一种热力学性质最稳定的纳米结构单元。 可以添加在很多物质中稳定存在，并改变原来物质的性质，构成崭新的纳米材料。 纳米钻石是目前所有方法中得到的最细的钻石粉，这种钻石粉自然界不存在，只有通过人工方法合成。 它们具有无与伦比的硬度和耐腐蚀性能，同时又由于晶粒细小（可以做到最可几粒径10纳米，1纳米等于十亿分之一米）、比表面积大而具有很高的物理活性和微观吸附作用，在解决纳米组装问题之后，可以完全消除界面张力问题，解决团聚问题。 适用于抗磨减摩领域及覆合材料改性增强等方面的应用。

二、纳米钻石国内外发展现状

纳米钻石的生产都是采取石墨爆轰法完成的，传统的粉碎研磨技术职能将钻石粉加工到200纳米，还不能成为纳米尺度的结构单元。 这种方法操作简单，我国在爆轰合成纳米钻石技术及应用开发方面起步较早，已开发出不少产品，具有国际先进水平。

1、国防

1、1 对雷达波、红外紫外光有巨大的透视率和吸收率，涂在飞机、坦克、导弹、军舰上，可以隐形防腐;

1、2 将纳米钻石添加到炸药中，可大大提高炸药的爆炸威力。

1、3 可将纳米钻石电刷镀到装甲车、坦克的防护装甲上，电镀到枪管和炮管中。

1、4 将纳米钻石添加到织物纤维中，可以制造耐磨、自洁、防紫外、隐形面料。

2、润滑材料

经过纳米组装技术处理过的纳米钻石颗粒可以完全消除界面张力，使其均匀、热力学稳定地悬浮在润滑油中，就相当于在润滑油中放置了数以亿计的轴承珠子。 在工作时，能在缸套和活塞之间生成永不磨损的钻石滚珠轴承结构膜，将滑动摩擦变为滚动摩擦。 还能补缺磨损或粗糙度大的凹处，可大大延长发动机的寿命;

3、机械

3、1 制备含纳米钻石的镀镍、镀铬、镀铜、镀锌、镀钴–磷等覆合电镀液，对各种切削工具、冲挤拉压模具、齿轮、轴、汽缸、缸套、喷嘴、进行覆合电镀，可使耐磨性提高2–4倍，显微硬度增加1–4倍。

3、2 纳米钻石和其它金属微粒一起，在氢气环境下可制备高强度、高耐磨的覆合金属，可广泛用于发动机缸体、活塞和石油钻头的制造。

4、电子

4、1 用爆轰法可以制成纳米钻石半导体材料，它具有宽禁带、高电子与空穴迁移率，禁带宽达5.5ev，比常用的半导体硅材料高5倍;空穴迁移率是硅的4倍，电路运行速度大大提高. 由于由辐射引起的载流子在钻石半导体上不易积累，不会影响器件的特性，因而是制作高可靠性、抗辐射半导体器件的理想材料.

4、2 用纳米钻石掺杂硼、铝，其电阻由7.7*107欧姆厘米下降到0.1-2欧姆厘米，这为制备纳米钻石半导体材料和电极材料拓宽了道路。

4、3 具有优异的冷阴极场发射效应，是十分理想的高清晰、低能耗、可替代液晶的大视角超薄平面显示器材料;

4、4 用纳米钻石成膜，可作为集成电路、磁盘、磁头等的高级保护膜。

5、覆合材料

纳米钻石表面有许多羧基、羟基、梦想基等功能团，很容易同金属、橡胶、塑料聚合物、织物表面紧密结合。 添加少量纳米钻石就可以使它们具有特异的亲合性和耐磨、防腐性能

5、1 用少量纳米钻石悬浮在涂料中，喷在汽车表面，可以抗划伤、防紫外、不吸水、自洁，提高汽车涂料的均匀度、牢固度和耐候性。 涂在船舰上，可以抗海水腐蚀。

5、2 将纳米钻石添加在橡胶、聚合物中，可大大改善其性能。 可提高轮胎抗爆裂强度（从53Mpa提高到154Mpa）;提高橡胶制品的弹性2倍，提高耐磨性2-2.5倍;将其添加到氟橡胶中制造发动机用橡胶器件，加到晴基橡胶中制造密封圈可大大提高低温下的弹性;加到环氧树脂为基础的聚合物中，可提高连接强度2-2.5倍.

5、3 利用用少量的纳米钻石粉添加制成覆合陶瓷制品，可大大增强韧性，减少脆性，并有更高的耐磨性。

6、生物医学材料

用纳米钻石涂层在牙齿、下颌骨、腿骨关节等表面上，生物兼容性好，耐磨性好，生物医学方面用途广大。

7、其它

7、1 用纳米钻石粉配制精细抛光液、抛光膏，可用于红蓝宝石玉饰、高级光学镜头的精抛光。

7、2 利用纳米钻石的极大比表面积，有强烈的吸收氢气、储存氢气的能力。 可作为燃料电池的基质，在开发新型能源、减少污染上有巨大的用途。

总之，纳米钻石是现代科技的结晶，市场应用前景广阔。