1.前言

       現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)通常會在交錯疊加的領(lǐng)域形成突破而獲得創(chuàng)新，對于原始的創(chuàng)新，很可能源自偶然發(fā)現(xiàn)，或隨機緣而生，科學(xué)家不懈的辛勤耕耘，則是偶然或機緣的必要前提，一切獲得的原始創(chuàng)新成果無不飽含耕耘者的血汗。

       納米金剛石-碳納米蔥及納米多晶PCD就是在納米尺度上多學(xué)科的交叉融合的結(jié)果。一種新的物質(zhì)形式能否被應(yīng)用，主要與物質(zhì)本身的特性有關(guān)。對于新材料而言，具備了新特性，還需要有人認(rèn)識到并進(jìn)行不斷的嘗試，找到合適的市場，才能獲得認(rèn)同和應(yīng)用。

       2.納米金剛石

       2.1 納米金剛石的制備

       1982年前蘇聯(lián)科學(xué)院流體物理所、化學(xué)物理所最早獲得爆炸合成納米金剛石的實驗結(jié)果。1987年俄羅斯率先報道研究成功納米金剛石。1988年美國和德國的科學(xué)家報道了炸藥爆轟法制備技術(shù)。日本在1989年也報道進(jìn)行了合成UFD的實驗。俄、美、日等國都于80年代末先后用爆轟法合成了納米級金剛石超細(xì)粉末。

       國內(nèi)上世紀(jì)80年代后期，西南流體物理所和北理工在惲壽榕教授的帶領(lǐng)下率先展開了爆炸法合成金剛石的研究并取得了進(jìn)展，中科院蘭州化學(xué)物理所、北理工等于90年代相繼開始研究。雖然在我國起步晚，但是發(fā)展很快，已逐步趕上國際水平。1993年蘭州化物所最早報道了這方面的工作。

       包括西北核技術(shù)所、北理工等最先對納米金剛石進(jìn)行了深入研究，完善了制備方法及理論，并建立起生產(chǎn)線。目前，國內(nèi)已建成數(shù)條生產(chǎn)線，并形成年產(chǎn)超過1億克拉的生產(chǎn)規(guī)模。

       2.2 納米金剛石的應(yīng)用

       有人將納米金剛石的應(yīng)用分為表面和核兩部分，很有道理。材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)決定其用途，納米金剛石不但有著金剛石的綜合優(yōu)異特性，而且還有對人體無害的良好的生物兼容性；對雷達(dá)波、紅外紫外光有巨大的透射率和吸收率，優(yōu)異的冷陰極場發(fā)射效應(yīng)，表面有許多羧基、烴基、羰基等功能團，很容易同金屬、橡膠、塑料聚合物、織物表面緊密結(jié)合等等，從而為納米金剛石的應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展空間。所以納米金剛石的應(yīng)用開發(fā)都應(yīng)當(dāng)從這兩方面入手。

       表面性能主要利用它的納米微粒性能，即顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大以及其特有的四大效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)。其中，表面效應(yīng)包括其表面官能團的吸附；

       核的性能則主要利用金剛石的超硬性能。

       納米金剛石的應(yīng)用

       ① 用于制備納米多晶燒結(jié)體；

       ② 用于化學(xué)復(fù)合鍍的添加劑；

       ③ 用于潤滑油、固體潤滑劑和潤滑冷卻液；

       優(yōu)越性：(1)節(jié)約潤滑油材料。(2)摩擦動量降低20％～40％。(3)摩擦面磨損減少30％～40％。(4)摩擦副的快速磨合。納米金剛石的單位消耗：1 000 kg潤滑油中為0.01～0.20 kg；

       ④用于紅外、微波吸收材料的可能性；

       ⑤納米金剛石用于磁性錄音系統(tǒng)；

       ⑥用于隱身材料催化方面；

       ⑦將納米金剛石添加在橡膠、聚合物中，可改善其性能；

       ⑨納米金剛石在燃料油提高燃油的分散度和燃燒值。

       ⑩ 用于新型儲能及能量轉(zhuǎn)換材料；

       ?其它潛在的應(yīng)用

       ⑴俄羅斯和英國學(xué)者共同發(fā)現(xiàn)，納米金剛石灰色粉末在潮濕環(huán)境中，其介電常數(shù)增加18個數(shù)量級，這是包括鐵電體在內(nèi)所有材料中的最高紀(jì)錄。學(xué)者們認(rèn)為，可能是水分子吸附了納米金剛石表面的酸基團，導(dǎo)致質(zhì)子分離并進(jìn)一步帶來介電常數(shù)的急劇變化。

       ⑵俄羅斯的研究人員用碳離子的短脈沖波作用于硅，首次研究成功在其他物質(zhì)表層內(nèi)部合成納米金剛石粒子的方法。這種方法在半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)甚至整個半導(dǎo)體工業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。這種合成方法不僅可以通過硅實現(xiàn)，也可以在其他物質(zhì)內(nèi)部實現(xiàn)。

       ⑶通過聚四氟乙烯中添加納米金剛石-炭黑-云母，制備高分子耐磨涂層；

       ⑷熒光效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用-氮-空位(NV)效應(yīng)。

       ⑸在熱流體中的應(yīng)用。僅0.1%的濃度即可提高換熱效率70%，溫度越高則效率越高。        3.碳-納米蔥

       3.1 碳納米蔥的發(fā)現(xiàn)

       碳納米蔥是富勒烯家族中的一員，它是由多層同心碳球組成的三維封閉結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)顆粒，外表呈多面體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部形如洋蔥。

       Iijima S. Direct observation of the tetrahedral bonding in graphitized carbon black by high resolution electron microscopy. Cryst Growth, 1980, 50: 675-683.

       Ugarte D. Curling and closure of graphific networks under electron beam irradiation. Nature, 1992, 359:707-708.

       3.2 碳納米蔥的形貌與結(jié)構(gòu)        這種球形富勒烯結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是大型碳團簇中最穩(wěn)定和能量最低的排列方式，主要基于以下三點：① 這種封閉結(jié)構(gòu)使懸鍵得以消除；② 球形結(jié)構(gòu)使石墨片層彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力均勻分布。反之，石墨片層的應(yīng)力將大量集中于多邊形頂部或角部；③ 這種結(jié)構(gòu)使殼與殼之間的范德華力最優(yōu)化。