納米鉆石的物理基礎和應用概況

一、納米鉆石特性

鉆石是地球上最堅硬的物質，也是最寶貴的鉆石材料。 在所有天然及合成材料中，鉆石具有最高的硬度和熱導率，最寬的光學透過范圍的頻率響應范圍，折射率也最高，具有最好的耐磨特性，其聲學特性、抗輻射能力及耐腐蝕等性能也是最好的。 可以說鉆石是物質世界至今為止最完美的功能性材料。 由于鉆石粉在軍事上及國民經濟中具有潛在的應用前景，其制備技術得到越來越多的重視。

納米鉆石是利用TNT和RDX爆轟高壓（20萬個大氣壓）高溫（3000k）瞬間合成的球形納米尺度物質，兼具納米顆粒和超硬物質的雙重性質，是一種熱力學性質最穩定的納米結構單元。 可以添加在很多物質中穩定存在，并改變原來物質的性質，構成嶄新的納米材料。 納米鉆石是目前所有方法中得到的最細的鉆石粉，這種鉆石粉自然界不存在，只有通過人工方法合成。 它們具有無與倫比的硬度和耐腐蝕性能，同時又由于晶粒細小（可以做到最可幾粒徑10納米，1納米等于十億分之一米）、比表面積大而具有很高的物理活性和微觀吸附作用，在解決納米組裝問題之后，可以完全消除界面張力問題，解決團聚問題。 適用于抗磨減摩領域及覆合材料改性增強等方面的應用。

二、納米鉆石國內外發展現狀

納米鉆石的生產都是采取石墨爆轟法完成的，傳統的粉碎研磨技術職能將鉆石粉加工到200納米，還不能成為納米尺度的結構單元。 這種方法操作簡單，我國在爆轟合成納米鉆石技術及應用開發方面起步較早，已開發出不少產品，具有國際先進水平。

1、國防

1、1 對雷達波、紅外紫外光有巨大的透視率和吸收率，涂在飛機、坦克、導彈、軍艦上，可以隱形防腐;

1、2 將納米鉆石添加到炸藥中，可大大提高炸藥的爆炸威力。

1、3 可將納米鉆石電刷鍍到裝甲車、坦克的防護裝甲上，電鍍到槍管和炮管中。

1、4 將納米鉆石添加到織物纖維中，可以制造耐磨、自潔、防紫外、隱形面料。

2、潤滑材料

經過納米組裝技術處理過的納米鉆石顆粒可以完全消除界面張力，使其均勻、熱力學穩定地懸浮在潤滑油中，就相當于在潤滑油中放置了數以億計的軸承珠子。 在工作時，能在缸套和活塞之間生成永不磨損的鉆石滾珠軸承結構膜，將滑動摩擦變為滾動摩擦。 還能補缺磨損或粗糙度大的凹處，可大大延長發動機的壽命;

3、機械

3、1 制備含納米鉆石的鍍鎳、鍍鉻、鍍銅、鍍鋅、鍍鈷–磷等覆合電鍍液，對各種切削工具、沖擠拉壓模具、齒輪、軸、汽缸、缸套、噴嘴、進行覆合電鍍，可使耐磨性提高2–4倍，顯微硬度增加1–4倍。

3、2 納米鉆石和其它金屬微粒一起，在氫氣環境下可制備高強度、高耐磨的覆合金屬，可廣泛用于發動機缸體、活塞和石油鉆頭的制造。

4、電子

4、1 用爆轟法可以制成納米鉆石半導體材料，它具有寬禁帶、高電子與空穴遷移率，禁帶寬達5.5ev，比常用的半導體硅材料高5倍;空穴遷移率是硅的4倍，電路運行速度大大提高. 由于由輻射引起的載流子在鉆石半導體上不易積累，不會影響器件的特性，因而是制作高可靠性、抗輻射半導體器件的理想材料.

4、2 用納米鉆石摻雜硼、鋁，其電阻由7.7*107歐姆厘米下降到0.1-2歐姆厘米，這為制備納米鉆石半導體材料和電極材料拓寬了道路。

4、3 具有優異的冷陰極場發射效應，是十分理想的高清晰、低能耗、可替代液晶的大視角超薄平面顯示器材料;

4、4 用納米鉆石成膜，可作為集成電路、磁盤、磁頭等的高級保護膜。

5、覆合材料

納米鉆石表面有許多羧基、羥基、夢想基等功能團，很容易同金屬、橡膠、塑料聚合物、織物表面緊密結合。 添加少量納米鉆石就可以使它們具有特異的親合性和耐磨、防腐性能

5、1 用少量納米鉆石懸浮在涂料中，噴在汽車表面，可以抗劃傷、防紫外、不吸水、自潔，提高汽車涂料的均勻度、牢固度和耐候性。 涂在船艦上，可以抗海水腐蝕。

5、2 將納米鉆石添加在橡膠、聚合物中，可大大改善其性能。 可提高輪胎抗爆裂強度（從53Mpa提高到154Mpa）;提高橡膠制品的彈性2倍，提高耐磨性2-2.5倍;將其添加到氟橡膠中制造發動機用橡膠器件，加到晴基橡膠中制造密封圈可大大提高低溫下的彈性;加到環氧樹脂為基礎的聚合物中，可提高連接強度2-2.5倍.

5、3 利用用少量的納米鉆石粉添加制成覆合陶瓷制品，可大大增強韌性，減少脆性，并有更高的耐磨性。

6、生物醫學材料

用納米鉆石涂層在牙齒、下頜骨、腿骨關節等表面上，生物兼容性好，耐磨性好，生物醫學方面用途廣大。

7、其它

7、1 用納米鉆石粉配制精細拋光液、拋光膏，可用于紅藍寶石玉飾、高級光學鏡頭的精拋光。

7、2 利用納米鉆石的極大比表面積，有強烈的吸收氫氣、儲存氫氣的能力。 可作為燃料電池的基質，在開發新型能源、減少污染上有巨大的用途。

總之，納米鉆石是現代科技的結晶，市場應用前景廣闊。