納米鉆石的物理基礎(chǔ)和應(yīng)用概況

一、納米鉆石特性

鉆石是地球上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，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(dǎo)率，最寬的光學(xué)透過范圍的頻率響應(yīng)范圍，折射率也最高，具有最好的耐磨特性，其聲學(xué)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(zhì)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(jīng)濟(jì)中具有潛在的應(yīng)用前景，其制備技術(shù)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(gè)大氣壓）高溫（3000k）瞬間合成的球形納米尺度物質(zhì)，兼具納米顆粒和超硬物質(zhì)的雙重性質(zhì)，是一種熱力學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)單元。 可以添加在很多物質(zhì)中穩(wěn)定存在，并改變?cè)瓉砦镔|(zhì)的性質(zhì)，構(gòu)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(xì)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(shí)又由于晶粒細(xì)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(tuán)聚問題。 適用于抗磨減摩領(lǐng)域及覆合材料改性增強(qiáng)等方面的應(yīng)用。

二、納米鉆石國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

納米鉆石的生產(chǎn)都是采取石墨爆轟法完成的，傳統(tǒng)的粉碎研磨技術(shù)職能將鉆石粉加工到200納米，還不能成為納米尺度的結(jié)構(gòu)單元。 這種方法操作簡單，我國在爆轟合成納米鉆石技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)方面起步較早，已開發(fā)出不少產(chǎn)品，具有國際先進(jìn)水平。

1、國防

1、1 對(duì)雷達(dá)波、紅外紫外光有巨大的透視率和吸收率，涂在飛機(jī)、坦克、導(dǎo)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(hù)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(jīng)過納米組裝技術(shù)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(xué)穩(wěn)定地懸浮在潤滑油中，就相當(dāng)于在潤滑油中放置了數(shù)以億計(jì)的軸承珠子。 在工作時(shí)，能在缸套和活塞之間生成永不磨損的鉆石滾珠軸承結(jié)構(gòu)膜，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。 還能補(bǔ)缺磨損或粗糙度大的凹處，可大大延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命;

3、機(jī)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(duì)各種切削工具、沖擠拉壓模具、齒輪、軸、汽缸、缸套、噴嘴、進(jìn)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(huán)境下可制備高強(qiáng)度、高耐磨的覆合金屬，可廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)體材料，它具有寬禁帶、高電子與空穴遷移率，禁帶寬達(dá)5.5ev，比常用的半導(dǎo)體硅材料高5倍;空穴遷移率是硅的4倍，電路運(yùn)行速度大大提高. 由于由輻射引起的載流子在鉆石半導(dǎo)體上不易積累，不會(huì)影響器件的特性，因而是制作高可靠性、抗輻射半導(dǎo)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(dǎo)體材料和電極材料拓寬了道路。

4、3 具有優(yōu)異的冷陰極場(chǎng)發(fā)射效應(yīng)，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(jí)保護(hù)膜。

5、覆合材料

納米鉆石表面有許多羧基、羥基、夢(mèng)想基等功能團(tuán)，很容易同金屬、橡膠、塑料聚合物、織物表面緊密結(jié)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(qiáng)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(fā)動(dòng)機(jī)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(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的聚合物中，可提高連接強(qiáng)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(qiáng)韌性，減少脆性，并有更高的耐磨性。

6、生物醫(yī)學(xué)材料

用納米鉆石涂層在牙齒、下頜骨、腿骨關(guān)節(jié)等表面上，生物兼容性好，耐磨性好，生物醫(yī)學(xué)方面用途廣大。

7、其它

7、1 用納米鉆石粉配制精細(xì)拋光液、拋光膏，可用于紅藍(lán)寶石玉飾、高級(jí)光學(xué)鏡頭的精拋光。

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

總之，納米鉆石是現(xiàn)代科技的結(jié)晶，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。