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摘要 由于利用負(fù)氧平衡炸藥轟合成所得到的納米量級(jí)的金剛石，不但具有金剛石所固有的綜合優(yōu)異性能，而且還具有納米材料的奇異特性。因此，受到廣大工程技術(shù)專家的關(guān)注，特別是探討其在不同技術(shù)領(lǐng)域中...
由于利用負(fù)氧平衡炸藥轟合成所得到的納米量級(jí)的金剛石，不但具有金剛石所固有的綜合優(yōu)異性能，而且還具有納米材料的奇異特性。因此，受到廣大工程技術(shù)專家的關(guān)注，特別是探討其在不同技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文將對(duì)納米金剛石在一些領(lǐng)域中應(yīng)用所取得的進(jìn)展與成效做一概述。以展示其為傳統(tǒng)技術(shù)水平提升所起的重要作用和潛在的美好前景。
納米金剛石是一種顆粒尺寸和形狀異常的工業(yè)金剛石，這類(lèi)金剛石的顆粒尺寸在0. 5～10nm 之間，平均尺寸約4～5nm ，大部分顆粒尺寸在2～8nm 之間。
鑒于納米金剛石具有獨(dú)特的圓形顆粒，使其不但具備金剛石的硬度和耐磨性，還具有超潤(rùn)滑的性能。
因此，在拋光、潤(rùn)滑、鍍附等技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已初見(jiàn)成效。
因此，在拋光、潤(rùn)滑、鍍附等技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已初見(jiàn)成效。
1、超精拋光
拋光是金剛石應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，即使在今天，拋光，包括超精磨仍是儀表和機(jī)械制造工藝過(guò)程中的一個(gè)最重要環(huán)節(jié)?？墒?，目前常用的磨料尺寸均大于0. 1μm(100nm) ，納米金剛石不僅硬度高，而且顆粒尺寸比最好的磨料要小于一個(gè)量級(jí)，且碳表面極易受化學(xué)改變性的影響，能和任何極性介質(zhì)兼容，這種特點(diǎn)使納米金剛石顆粒有可能在載體中均勻分布，因此，納米金剛石顆粒被視為超精拋光的新一代理想磨料，值得指出的是，含有納米金剛石的拋光系統(tǒng)具有以下優(yōu)越性：
(1) 超細(xì)尺寸的納米金剛石能確保表面粗糙度的最小值和拋光系統(tǒng)膠體的穩(wěn)定性；
(2) 納米金剛石的化學(xué)穩(wěn)定性，在化學(xué)上可以用于拋光系統(tǒng)的活性添加劑和拋光系統(tǒng)的還原；
(3) 降低拋光表面材料的分量， 減少材料的損耗；
(4) 由于納米金剛石的離子交換和吸附活性，可以減小其表面的離子和分子產(chǎn)物的活動(dòng)性；
(5) 納米金剛石團(tuán)聚體的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)有利于懸浮的拋光系統(tǒng)中聚結(jié)的調(diào)節(jié)作用，且無(wú)毒；
(6) 含納米金剛石的拋光系統(tǒng)，可以提高拋光產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)的能力，以確保難加工材料拋光的加工性。
2、潤(rùn)滑
潤(rùn)滑與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)息息相關(guān)，有人形象地把潤(rùn)滑油比喻為機(jī)械設(shè)備的血液，可以說(shuō)失去了潤(rùn)滑，就沒(méi)有機(jī)械設(shè)備的存在。
高效合理的潤(rùn)滑技術(shù)是保證和改進(jìn)機(jī)械設(shè)備節(jié)能、高效、長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本措施，是機(jī)械運(yùn)輸?shù)拿}，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活福利服務(wù)的應(yīng)用科學(xué)。沒(méi)有高效合理的潤(rùn)滑技術(shù)就沒(méi)有先進(jìn)的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，也就不可能有先進(jìn)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)繁榮。因此，各工業(yè)國(guó)家都十分重視先進(jìn)合理的潤(rùn)滑技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用。
目前，全世界機(jī)械能源有效利用平均只有30 %左右，據(jù)德國(guó)洛格甫爾教授測(cè)算，全世界生產(chǎn)能源的1P3到1P2 損失在摩擦磨損上，而英國(guó)焦斯特教授指出，世界消耗能源的30 %～40 %消耗在摩擦損耗上，從設(shè)備的潤(rùn)滑觀點(diǎn)來(lái)講，干摩擦是有害的。主要表現(xiàn)在能量的損失和機(jī)件的磨損上。
金剛石由于有極高的硬度，對(duì)摩擦面上的尖凸進(jìn)行自由磨削，迅速去除摩擦副表面凹凸不平的微峰，屬于極其精密的研磨拋光過(guò)程，是普通機(jī)械加工無(wú)法做到的。這種作用使摩擦副之間的接觸面積迅速增大，加速了磨合過(guò)程，提高了磨合精度。而納米金剛石的球形和準(zhǔn)球形顆粒鑲嵌于摩擦副之間的接觸微凹之中。有優(yōu)異的承載力，摩擦表面形成滾珠軸承效應(yīng)，表現(xiàn)出良好的潤(rùn)滑性，將滑動(dòng)摩擦變成了滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力變小，避免了干磨現(xiàn)象的發(fā)生。這里介紹二實(shí)例以闡明納米金剛石在潤(rùn)滑中所起的重要作用。
Daniel Kamman 和Vitaly Komarov 的研究表明，使用core 和shell 金剛石符合傳統(tǒng)的潤(rùn)滑液，可降低磨損、摩擦系數(shù)和摩擦溫度，以及提高設(shè)備部件的載荷和使用壽命。
與其他機(jī)油添加劑的最大區(qū)別是能夠立即見(jiàn)效并有很好的耐久性，添加后發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音馬上變靜，舊機(jī)器以及柴油機(jī)的聲音變化更加明顯。添加后機(jī)油的耐久性按照美軍規(guī)格(MTL) 的潤(rùn)滑劑評(píng)價(jià)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的二硫化鉬系、有機(jī)鉬系、氟素樹(shù)脂等潤(rùn)滑劑相比，具有明顯的不同。
3、納米金剛石的復(fù)合鍍
材料的復(fù)合化是材料發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械零件需要在復(fù)雜、荷刻的條件和環(huán)境下工作，對(duì)材料表面性能提出了越來(lái)越高的要求。作為一種行之有效的表面改性措施，表面涂覆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并獲得廣泛應(yīng)用。
然而，對(duì)于某些主要因接觸疲勞或高溫磨損而失效缸體、活塞環(huán)、模具、曲軸、軸承等，單一涂層已很難滿足要求。研究表明，復(fù)合鍍層能有效地提高涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，改善鍍層內(nèi)應(yīng)力的分布及裂紋的擴(kuò)展方向，獲得一些特殊和優(yōu)異性能。因此，復(fù)合涂層已成為表面工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
可是，復(fù)合電鍍膜中的固體顆粒(金剛石、碳化硅等) 均為毫米和微米級(jí)，而鍍液中的固體顆粒越細(xì)，復(fù)合鍍層中微粒的分散性越好，鍍層的強(qiáng)化效果越明顯。因此，納米金剛石則具有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樗坏哂薪饎偸某病⒏呖鼓?、耐熱防腐性能，而且顆粒表面有豐富的羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，與鍍覆表面有極強(qiáng)的結(jié)合力，用量小，性能提高顯著，十分適合于復(fù)合鍍，不僅可用于金屬表面，也可用于橡膠、塑料、玻璃等表面的涂敷。
據(jù)了解，世界上每年金屬腐蝕損耗大約1500 億美元。我國(guó)年損耗在1500 億人民幣，金屬電鍍是解決的途徑之一。我國(guó)電解電鍍業(yè)廠達(dá)15000 多家，但技術(shù)雷同，水平較低，耐磨腐蝕程度與基板的結(jié)合強(qiáng)度差，污染大，屬急待升級(jí)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。
近年來(lái)，開(kāi)始使用國(guó)外的納米金剛石復(fù)合電鍍膜添加劑，效果明顯，但價(jià)格昂貴。我們的納米金剛石電解電鍍膜添加劑與基板的親和力極強(qiáng)，耐磨損能力優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。售價(jià)僅為國(guó)外的60 % ，現(xiàn)已開(kāi)始替代進(jìn)口，我們做了個(gè)粗略的估算，如每年電解電鍍表面達(dá)到了3 億平方米，電鍍層厚度按5μm 計(jì)算，每平方需用納米金剛石灰粉1 克，共需納米金剛石復(fù)合鍍膜添加劑30000 噸，折合納米金剛石60 萬(wàn)公斤。
我國(guó)目前年產(chǎn)20 億只，2005 年將達(dá)30 億只，主要配套汽車(chē)、摩托、家電、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械、船舶制造和精密機(jī)床儀表、軍工和出口，急需納米復(fù)合電鍍工藝升級(jí)。
我國(guó)模具鍍層和塑料、玻璃的裝飾鍍的市場(chǎng)巨大，納米金剛石復(fù)合電鍍的前景廣闊。
納米金剛石金屬?gòu)?fù)合鍍具有以下一些通性；高的耐磨性和顯微硬度；高的抗蝕性和小的孔隙度；非常低的摩擦系數(shù)；很高的內(nèi)聚力和附著力；電解液具有高的擴(kuò)散能力，因此，引起工程技術(shù)專家的極大興趣和關(guān)注。納米金剛石金屬?gòu)?fù)合鍍的應(yīng)用中將導(dǎo)致電化學(xué)和化學(xué)鍍技術(shù)的革新。
4 納米金剛石用于磁性錄音系統(tǒng)
首先，納米金剛石在磁帶和磁盤(pán)的鐵磁鍍膜中，應(yīng)用作為減磨的添加劑和物理的變性劑；其次，將其添加劑電化學(xué)的復(fù)合膜中可改善磁性錄音的穩(wěn)定性。
(1) 納米金剛石添加劑到鐵磁層中明顯地減小磁疇(鐵磁體的顆粒) ，即錄音密度明顯地增大。
納米金剛石引入磁頭潔凈的專用膜中，其耐磨性明顯地增大。
含有納米金剛石的軟磁信息載體具有以下的優(yōu)越性：磁載體層的磨損下降，能確保磁頭和讀數(shù)的最佳工作條件，磁載體摩擦減小及其運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的提高。
(2) 與純CoP 膜比較，CoP 納米金剛石軟磁的非晶質(zhì)膜顯示顯微硬度增大30 %；耐磨性提高3. 5 倍，摩擦系數(shù)減小28. 6 % ，磁頭鐵芯的使用壽命增加1 倍。
與純電化學(xué)或化學(xué)鍍CoP 鍍層比較，CoP 納米金剛石的硬磁多晶體的顯微硬度提高20 % ，腐蝕電流減小37. 5 % ，磁性錄音載體的使用壽命增大。
添加納米金剛石時(shí)，無(wú)論是軟磁的非晶質(zhì)的，還是硬磁鍍層的磁性特性都沒(méi)有變化。
5、納米金剛石用于醫(yī)療
納米金剛石異常高的吸附能力，大的比表面積，表面上的大量自由電子數(shù)(數(shù)目多的原子供體) ，納米尺寸，晶體表面上大量的含氧官能團(tuán)，顆粒的化學(xué)惰性，表面的親水特性，對(duì)其可能用于治療的藥劑是重要的 。
納米金剛石可應(yīng)用腫瘤學(xué)，腸胃學(xué)、心臟學(xué)、血管疾病的診治等，它們沒(méi)有致癌的或誘變的性質(zhì)，沒(méi)有毒。
納米金剛石對(duì)致病的病毒，微生物和細(xì)菌來(lái)說(shuō)顯示非常高的活性，由于高的吸附能力和其它的獨(dú)特性，它們將被強(qiáng)烈地吸收，它們是超活性的吸附劑。在生物學(xué)上降低活性物質(zhì)的遷移率，是急劇強(qiáng)化藥用試劑作用的手段，納米金剛石的應(yīng)用誘致血壓的正常化。此外，當(dāng)腸胃系統(tǒng)患病，納米金剛石是有效的，是防止燒傷、不同皮膚病、內(nèi)臟中毒后效的最好手段。
納米金剛石應(yīng)用于水性的和油性的懸浮液，有利于對(duì)腫瘤藥用試劑的強(qiáng)化，以及減少和消除痛苦的作用，腸道蠕動(dòng)的正常化，改善血液指標(biāo)，提高生命和免疫系統(tǒng)的活性，病毒從機(jī)體內(nèi)排出等。
納米金剛石的應(yīng)用與化學(xué)的和射線療法結(jié)合起來(lái)顯示出很好的前景。惡性贅瘤治療時(shí)用于防止有療效的藥劑的誘變性，而且納米金剛石不會(huì)降低其療效，以及可以預(yù)防正常細(xì)胞和在防止癌藥作用下繼發(fā)性腫瘤的誘導(dǎo)作用突變的發(fā)生。
一個(gè)療程約需0. 02～0. 05 克的納米金剛石。
6、納米金剛石有著比銅高出數(shù)千倍的傳導(dǎo)性、可以做成OLED面板、電池屏蔽涂層、防腐涂層、其傳導(dǎo)性、韌性可用于半導(dǎo)體、光伏、電池、顯示器領(lǐng)域，還可做成傳感器、做成帶電觸頭、可用于海水脫鹽、用于移動(dòng)設(shè)備，能源生產(chǎn)與儲(chǔ)存，其電池儲(chǔ)量是鋰電池上萬(wàn)倍；可用做醫(yī)療器械（鉆石牙、人體用血管等）。
7、納米金剛石在可再生資源上的應(yīng)用：通過(guò)一種叫做熱離子能量轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，各種太陽(yáng)能、地?zé)岷秃四艿荣Y源被轉(zhuǎn)化為電能。通過(guò)與等離子納米結(jié)構(gòu)的結(jié)合，熱離子轉(zhuǎn)換器中金剛石的優(yōu)越特性得到最大發(fā)揮，進(jìn)而使太陽(yáng)能的吸收達(dá)到最大化并最終將其轉(zhuǎn)化為電能。
放射性石墨中碳14（C14）所產(chǎn)生的β輻射改善熱離子金剛石能量轉(zhuǎn)換器的工作性能。如果能將能量轉(zhuǎn)換器中的C14充分利用起來(lái)，它對(duì)于已退役的核反應(yīng)堆中放射性石墨的處理將提供一個(gè)更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法。這些物質(zhì)可以作為新型熱離子能量轉(zhuǎn)換器的原料，稱之為“β增強(qiáng)型熱離子金剛石轉(zhuǎn)換器”（BTDC）。
8、納米金剛石在光致發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用：美國(guó)羅切斯特大學(xué)的研究人員首次在自由空間內(nèi)的懸浮納米金剛石上測(cè)量到光致發(fā)光所發(fā)射出的光束；該實(shí)驗(yàn)利用激光將納米金剛石固置在空中，然后用另外一束激光照射金剛石，使之以定頻形式發(fā)光。
這種納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)機(jī)械諧振器可用于高敏感力傳感器，用來(lái)測(cè)量微芯片裝置中的金屬板和鏡像的微小位移，并幫助人們從納米概念上來(lái)理解摩擦力。
9、納米金剛石用于研究開(kāi)發(fā)
能夠在非常極端的環(huán)境下工作的一種新金剛石傳感器，比如用于深度天然氣和石油的鉆探或宇宙空間開(kāi)發(fā)等；將會(huì)開(kāi)創(chuàng)工業(yè)和醫(yī)學(xué)激光應(yīng)用的新金剛石激光媒介和下一代涂有金剛石生物醫(yī)學(xué)移植物，是現(xiàn)有移植物使用壽命的兩倍。
哈佛大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)研制納米金剛石線設(shè)備，在量子科技領(lǐng)域又邁出了可喜的一步。
該新型設(shè)備能夠在室溫下提供穩(wěn)定、明亮的單光子來(lái)源；這是在光應(yīng)用中進(jìn)行安全快速計(jì)算的基本要素之一。
該研究成果使得納米結(jié)構(gòu)的金剛石設(shè)備在量子通信和計(jì)算方面的應(yīng)用提高到了一個(gè)新的水準(zhǔn)，同時(shí)也有望在生化傳感和科學(xué)成像方面大顯身手。
納米金剛石線為探究單個(gè)的色心提供了更自然、更高效的接口方案；這種設(shè)備使色心更加明亮，同時(shí)也增強(qiáng)了色心的靈敏度。相比較于自然金剛石設(shè)備，由此產(chǎn)生的增強(qiáng)型光學(xué)特性極大地提高了光子收集的效率。
在這40多年的納米金剛石研究中，納米金剛石的研究磕磕絆絆一路走到今天，由原來(lái)的不成熟到現(xiàn)在的廣泛應(yīng)用，納米金剛石的作用越來(lái)越大，對(duì)于科技的發(fā)展也將起著不可估量的作用。
河南省豫星華晶微鉆有限公司在納米金剛石領(lǐng)域有著從事納米金剛石研發(fā)20多年的豐富經(jīng)驗(yàn)。我們自主研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備，并與全球多家頂尖納米新材料實(shí)驗(yàn)室有著緊密合作，獨(dú)創(chuàng)的自動(dòng)化無(wú)污染綠色環(huán)保流水線保證了產(chǎn)品的超潔凈生產(chǎn)。并且可進(jìn)行5-200納米粒度生產(chǎn)，強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與先進(jìn)的管理模式保證了華晶微鉆在全球范圍內(nèi)納米金剛石領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。目前已建成大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線月生產(chǎn)能力可達(dá)1500-1700萬(wàn)克拉以滿足市場(chǎng)需求。
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