納米金剛石兼具金剛石和納米顆粒的雙重特性，具有超硬特性、高比表面積以及球形等特點，用這種金剛石粉制成的研磨液，可以拋光出光潔度極高的表面。
　　
　　由于納米金剛石的比表面積大、比表面能高，處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，所以在介質(zhì)中分散穩(wěn)定性差，容易發(fā)生團聚，使其在應用過程中受到嚴重制約。
　　
　　納米金剛石拋光液制備的關鍵技術是納米金剛石在介質(zhì)中的長期穩(wěn)定分散。這是一道共同的世界性技術難題，因為廣大的科技工作者對其應用前景十分看好，所以，在過去的年月里有許許多多的探索者，投身到了解決這一技術難題的工作中，并做了大量有益的工作，獲得了許多有實用價值的技術數(shù)據(jù)。本文將就納米金剛石的分散與納米金剛石拋光液的應用進行綜述。
　　
　　1、分散問題的提出
　　
　　納米金剛石是在爆轟這種極端非平衡條件下合成的，容易形成硬的難以解聚的團聚體，商業(yè)納米金剛石干粉團聚粒度平均達2μm。
　　
　　表面活性劑的作用是可以改變納米金剛石部分的官能團構成及電性，改變其在懸浮液中的分散效果。
　　
　　納米金剛石顆粒表面的大量原子懸空鍵使其化學活性大大提高;非常大的表面積，使其有巨大的表面能。但是，減少比表面積，減少表面能而發(fā)生納米顆粒的團聚是一個自發(fā)過程，所以說，納米顆粒團聚是不可避免的。
　　
　　在納米顆粒分散后，還要及時采取措施阻止納米顆粒再次發(fā)生團聚，加入表面活性劑能夠增大顆粒之間的距離，減少范德華力的相互作用，從而穩(wěn)定整個分散體系。
　　
　　納米金剛石表面含有大量有機官能團，主要為: OH(羥基)、 C=O(羰基)、 COOH(羧基)以及一些含氮的基團，所占面積可達顆粒表面的10%～25%。這些含氧活性基團和含氮活性物質(zhì)可與許多有機化合物反應或吸附，為納米金剛石在油或水介質(zhì)中的分散提供了基礎。
　　
　　納米金剛石進行分散處理，是因為超細粉體制備過程中新生粒子的分散與團聚對最終產(chǎn)品的細度起至關重要的作用。由于超細粉體極易團聚，團聚后的超細粉體將失去其自身的許多優(yōu)越性，使其效能無法充分發(fā)揮，而嚴重制約超細粉體的使用價值和應用前景。
　　
　　2、團聚問題的解決
　　
　　納米粒子的分散就是將納米粒子的團聚體分離成單個納米粒子或者為數(shù)目不多的納米粒子的小團聚體，使其均勻分布于有機介質(zhì)的過程，這是一個復雜的難度較大的工藝操作，當把納米粒子浸入有機介質(zhì)時，因納米粒子表面能大，很容易產(chǎn)生浸濕，如果納米粒子因浸濕而使其表面構成有機膜或雙電層或者形成聚合物吸附層，都會對納米粒子的初步分散產(chǎn)生積極效應，但是對納米粒子的深度分散則應考慮納米粒子的分散與團聚的平衡性。
　　
　　納米粒子的巨大比表面的吸附是納米粒子易團聚的內(nèi)在因素，要想得到分散性好，粒徑小，粒徑分布窄的納米粒子，必須削弱或減小納米粒子巨大的表面吸附作用，可采取適當?shù)姆椒▽{米粒子進行化學改性或化學修飾，使納米粒子間的排斥作用增強。研究發(fā)現(xiàn)，通過含氧高分子分散劑在納米金剛石表面的吸附，產(chǎn)生并強化立體保護作用，來增強納米金剛石的排斥作用，能有效阻止納米金剛石的重新聚集。
　　
　　納米金剛石的分散技術一般分物理分散和化學分散。
　　
　　物理分散又可分為超聲分散、機械攪拌分散和機械研磨分散。
　　
　　化學分散又可分為化學改性分散和分散劑分散。
　　
　　拋光液的分散過程就是使納米金剛石聚集體在拋光液中呈原始單體狀態(tài)彌散分布于液相的過程。分散過程主要包括兩個步驟:一是顆粒在液相中的浸濕;二是使原生顆粒穩(wěn)定分散而不產(chǎn)生團聚或使已形成的團聚破解成較小的團聚或原始單體顆粒。
　　
　　需要特別提及的是表面活性劑對納米顆粒的分散作用問題。
　　
　　第一、固體粒子的潤濕。
　　
　　潤濕是固體粒子分散的最基本條件，若要把固體粒子均勻地分布在介質(zhì)中，首先必須使每個固體微?；蛄Ｗ訄F，能被介質(zhì)充分地潤濕。在此過程中，表面活性劑所起的作用有兩個，一是表面活性劑在介質(zhì)表面的定向吸附(介質(zhì)若為水)，表面活性劑會以親水基伸入水相，疏水基朝向氣相而定向排列，使氣液表面能降低。另一種作用是在固-液界面以疏水鏈吸附于固體粒子表面而親水基伸入水相的定向排列。
　　
　　第二、粒子團的分散或破碎。
　　
　　在此過程中，粒子團的分散或破碎涉及到粒子團內(nèi)部的固-固界面分離，在固體粒子團中往往存在酸縫隙，另外粒子晶體由于應力作用也會使晶體造成微縫隙，粒子團的破碎就發(fā)生在這些地方。在固體表面電勢不是很強的條件下，陰離子表面活性劑可通過范德瓦爾斯相吸力克服靜電排斥力或通過鑲嵌方式被吸附于縫隙的表面，表面因帶同種電荷使排斥力增強，以及滲透水產(chǎn)生滲透壓共同作用，使微粒間絞結強度下降，減少了固體粒子或粒子團破裂并逐步分散在液體介質(zhì)中。
　　
　　非離子表面活性劑是通過范德瓦爾斯力被吸附于縫隙壁上，非離子表面活性劑的存在不能使之產(chǎn)生電排斥力，但能產(chǎn)生熵斥力及滲透水化力，使粒子團中微裂縫隙間的絞結強度下降，有利于粒子團破裂。
　　
　　陽離子表面活性劑可以通過靜電吸引力吸附于縫隙壁上，但吸附狀態(tài)不同于陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。
　　
　　第三，阻止固體微粒的重新聚集。
　　
　　固體微粒一旦分散在液體中，得到的是一個均勻的分散體系，但穩(wěn)定與否則取決于各自分散的固體顆粒能否重新聚集形成凝聚物。由于表面活性劑吸附在固體微粒的表面上，增加了防止微粒重新聚集的能障，并且所添加的表面活性劑降低了固-液界面的界面張力，因此，增加了分散體系的熱力學穩(wěn)定性。
　　
　　3、研究的成果
　　
　　歐美俄等國開展納米金剛石研究較早，在納米金剛石拋光液的制備方面也走在了前列。美國、英國、德國、日本等國家具備了納米金剛石拋光液的生產(chǎn)能力，美國Engis公司是世界上最著名的拋光產(chǎn)品供應企業(yè)，美國All公司可以提供水性以及油性拋光液，日本企業(yè)可以提供拋光液、拋光膏等各類拋光產(chǎn)品。國內(nèi)在拋光液制備領域的研究剛起步，技術水平與國外相比還有一定的差距。
　　
　　Chiganova用飽和AlCl3水溶液加熱處理納米金剛石粉，制得的懸浮液中納米金剛石的二次粒度為上百個納米。
　　
　　Agibalova L.V等在水中通過超聲能量分散納米金剛石粉，所得懸浮液中團聚體的粒度在300nm左右。
　　
　　陳萬鵬等曾嘗試用水+磷酸鈉、乙醇、明膠水溶液+碳酸鈉等介質(zhì)對納米金剛石進行分散研究。
　　
　　許向陽等在機械力作用的同時，加入無機電解質(zhì)、表面活性劑等物質(zhì)使納米金剛石粉可以穩(wěn)定分散于水介質(zhì)中。
　　
　　于雁武等對納米金剛石在水中分散做了有益嘗試。
　　
　　E.D.Eidelman等制備了一種黑色、高粘度、穩(wěn)定的納米金剛石懸浮液，濃度為0.2%。他們研究了懸浮液中粒子的結構、光吸收性能以及懸浮液的粘度。
　　
　　徐康等提出了一個石墨化-氧化法對納米金剛石進行解團聚，取得了有益的效果。他們用碘氫酸處理經(jīng)過石墨化-氧化的產(chǎn)物，使90%以納米金剛石團聚體尺寸減少到30nm以下。
　　
　　許向陽對納米金剛石在水介質(zhì)中的穩(wěn)定分散工藝及其機理進行了探索，認為采用機械化學處理對全金剛石進行表面改性，利用高剪切攪拌、高能超聲振動磨等機械力與聚合物表面活性劑的協(xié)同效應，在有效地粉碎納米金剛石團聚體的同時，對納米金剛石表面尤其是粉碎過程中新生的表面進行改性，調(diào)節(jié)顆粒表面親水疏水性能，實現(xiàn)納米金剛石在介質(zhì)中的穩(wěn)定分散。
　　
　　張棟使用硅烷偶聯(lián)劑KH-570和高聚物JQ-3表面改性過的納米金剛石，以超聲作為分散手段，將其分散在乙醇中，得到了平均粒徑51.7nm的膠體溶液。兩種高聚物分散劑復配使用，可以明顯提高納米金剛石在乙醇中的分散性和穩(wěn)定性，為油性拋光液的制備奠定了基礎。
　　
　　許向陽等和胡志孟等分別研究了納米金剛石團聚體在白油介質(zhì)中的解聚與分散方法。他們認為聚氧乙烯類非離子表面活性劑能夠有效地把納米金剛石分散于油中，分散劑的端基能牢固錨固在金剛石表面的活性基，如羥基和羧基或含氮活性物質(zhì)上，使納米金剛石表面親油，而聚氧乙烯基是一個龐大的親水基團，它像一個巨大的屏障膜，使納米金剛石顆粒難重新團聚，從而實現(xiàn)了納米金剛石在油性介質(zhì)中的穩(wěn)定分散。他們的結論是納米金剛石可用作超精加工中的拋光材料，能大大降低表面粗糙度;納米金剛石用作拋光材料，關鍵技術是使用分散劑，這種分散劑能使納米金剛石在油中能很好分散并懸浮;在磁頭拋光中，這種分散劑最好具有抗靜電作用以消除加工中的靜電荷。
　　
　　A.P.Voznyakovskii等采用將納米金剛石表面甲硅基化的方法對納米金剛石進行表面疏水化處理，清除納米金剛石表面吸附的水分子，增強其表面疏水性。該研究采用含過量三甲基甲硅基混合物，含不足量的甲硅基混合物以及含乙烯組分的甲硅基混合物等3種體系在甲苯中對納米金剛石表面進行改性。結果表明，采用三甲基或二甲基乙烯基甲硅基基團，偽納米金剛石在甲苯體系中分散性能較好(平均粒徑為14.5～18nm)。
　　
　　A.P.Voznyakovskii等還對幾種非水介質(zhì)如丙酮、苯、丙醇中納米金剛石的分散性進行了研究。他們認為，介質(zhì)極性對懸浮液中納米金剛石顆粒的穩(wěn)定性及其粒度分布均有重要影響。對于不同介質(zhì)，極性越低，則置于其中的納米金剛石顆粒分散性越低。同時，在介質(zhì)調(diào)整組合時，往較小極性的介質(zhì)中(如丙酮)添加較大極性物質(zhì)，將導致納米金剛石在懸浮液中的分散性得到改善。可見，在非水介質(zhì)尤其是非極性介質(zhì)中的分散是實際應用中的一個難點，如何對納米金剛石改性和調(diào)整介質(zhì)組成，實現(xiàn)粉體在這些體系中的穩(wěn)定分散值得深入研究。Voznyakovskii等研究了在苯介質(zhì)中采用二甲基硅氧烷和聚異戊二烯等聚合物對納米金剛石進行表面改性的效果，所得體系中納米金剛石顆粒平均尺寸為300nm左右，可穩(wěn)定存放10天。
　　
　　許向陽等對納米金剛石在水介質(zhì)和非水介質(zhì)中的穩(wěn)定分散進行研究時發(fā)現(xiàn)，如果只采用機械方法對納米金剛石團聚體進行解聚，懸浮體系的穩(wěn)定性不好，顆粒很容易重新聚集，僅采用化學方法，則無法解開納米金剛石硬團聚體。他們認為，采用機械化學方法，利用機械力的作用與表面活性劑和超分散劑的協(xié)同作用，在高能有效地粉碎納米金剛石團聚體的同時，對納米金剛石表面尤其是粉碎過程中新生成的表面進行修飾，改變其表面官能團組成，調(diào)節(jié)其親水疏水性能，從而實現(xiàn)納米金剛石在介質(zhì)中的穩(wěn)定分散。研發(fā)出的納米金剛石水體系機白油基、液體石蠟基以及正構烷羥體系均能保持長期穩(wěn)定。在白油體系中，納米金剛石與聚合物分散劑配比不同時，機械化學改性所得體系中納米金剛石顆粒的累計分布曲線不同。當分散劑與納米金剛石重量比為1:1時解團聚效果最佳，體系小于50nm顆粒占92%以上，繼續(xù)增加分散劑用量，粒度有增粗的現(xiàn)象。這說明，分散劑過量時，可能導致部分已經(jīng)解團聚的顆粒重新聚集，分散性變差。
　　
　　由于能源和環(huán)境問題日益突出，水基潤滑劑是未來摩擦學發(fā)展的方向。納米材料的出現(xiàn)為研制高性能的水基潤滑劑提供了可能。納米金剛石是一種無污染的新型碳材料，用于制備無污染納米級水基潤滑劑十分理想。胡志孟認為，納米金剛石大都作為潤滑油添加劑，而作為水潤滑添加劑尚未見報道，水基潤滑劑清潔而無污染，因此，開發(fā)納米水基潤滑劑，強調(diào)能源和環(huán)境的時代意義尤為重大。通過實驗得出，水基納米金剛石的潤滑機制可能是納米金剛石微球填充于磨損表面起滾球軸承效應，在邊界潤滑時會形成一層超硬合金薄膜，由于這種膜的存在，避免了摩擦副的直接接觸，從而減少了摩擦副的摩擦磨損;同時納米金剛石在摩擦過程中的拋光作用可提高表面光潔度，超光的表面也有益于降低摩擦副材料的摩擦磨損。
　　
　　4、初步應用
　　
　　納米金剛石拋光液以其優(yōu)異的性能廣泛應用于半導體硅片拋光、計算機硬盤基片、計算機磁頭拋光、精密陶瓷、人造晶體、硬質(zhì)合金、寶石拋光等領域。
　　
　　T.Kurobe將水基納米金剛石應用于硅片拋光，用海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、表面活性劑以及去離子水配制拋光液，制備了懸浮穩(wěn)定的拋光液。T.Kurobe對超分散納米金剛石拋光硅片進行了研究，并對干法拋光和拋光液濕法拋光進行了對比，干法拋光液使硅片表面粗糙度Ra從107nm降到4nm。使用水基納米金剛石拋光液進行濕法拋光，拋光效率更高，并且得到硅片的表面粗糙度更小，達到4nm。
　　
　　朱永偉等開發(fā)出了一種水基納米金剛石拋光液及其制造方法，通過向離子水中加入納米金剛石、改性劑、分散劑、超分散劑、pH調(diào)節(jié)劑、潤濕劑、具有化學作用的添加劑，通過超聲或攪拌將納米金剛石分散成20～100nm的小團聚體，制成拋光液，用于各種光電子晶體、計算機硬盤基片、光學元器件及銅連接的半導體集成電路等的超精密拋光，用于硅片拋光，表面粗糙度達到0.214nm。
　　
　　馬紅波等提出了一種用于存儲器硬盤磁頭背面研磨的研磨液的制造方法，組分包括十到十三個碳的烷羥礦物油，十五個碳的油性劑、金剛石單晶微粉、抗氧化防腐劑、非離子表面活性劑、消泡劑和抗靜電劑，將該拋光劑用于磁頭背面拋光，研磨后表面劃痕、表面殘余應力、表面粗糙度為0.3～0.4nm。
　　
　　雒建斌等公開了納米拋光液及其制造方法的發(fā)明專利，以輕質(zhì)量白油為介質(zhì)，加入非離子表面活性劑、抗靜電劑、凈洗劑以及pH調(diào)節(jié)劑制備了穩(wěn)定性較好的納米金剛石拋光液，除了應用于計算機磁頭之外，還可以應用于光學器件和陶瓷等高精度表面研磨和拋光之用。
　　
　　為避免劃傷磁盤表面，硬盤磁頭的表面粗糙度必須足夠小，下一代磁頭表面的粗糙度要求小于0.2nm，目前，磁頭采用亞微米級合金剛石拋光液拋光，已不能滿足下一代磁頭加工的要求。為此，龔艷玲等對中等粒度納米金剛石懸浮液用于磁頭拋光工藝進行了研究，結果表明，納米金剛石顆粒越細，拋光表面粗糙度越小，但是二者并不構成簡單的線性關系;懸浮液的分散穩(wěn)定性很大程度上影響了表面劃痕，拋光液的穩(wěn)定分散是重要的。
　　
　　Ronald F制備了一種水性納米金剛石拋光液，通過三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值后，用來拋光氧化鋁工件，這種拋光液使得被加工工件表面更容易清洗。
　　
　　5、結語與展望
　　
　?。?）在非水體系，特別是在非極性介質(zhì)中實現(xiàn)納米金剛石均勻穩(wěn)定的分散是開展納米金剛石在上述領域的應用，發(fā)揮其納米顆粒和超硬特性等優(yōu)異性能的前提。
　　
　?。?）納米金剛石拋光液分為水性和油性的拋光液。由于水性拋光液具有綠色、環(huán)保的特點，而且在拋光過程中具有散熱快的優(yōu)點，適用于高速拋光。
　　
　?。?）無論是水性還是油性拋光液，制備的關鍵都是納米金剛石在介質(zhì)中的長期、穩(wěn)定分散。
　　
　?。?）納米金剛石表面吸附含有氧活性基團、羥基、羰基、羧基、醚基等，這些含氧活性基團和含氮活性基團物質(zhì)與許多有機化合物反應或吸附，這些表面基團的存在，為納米金剛石在介質(zhì)中的分散提供了可能。
　　
　?。?）納米金剛石的分散技術采用機械研磨+物理分散(超聲分散并輔助機械攪拌分散)+化學分散三者有機結合成功將納米金剛石分散于油性或水性介質(zhì)中，制得分散穩(wěn)定的納米金剛石拋光液。