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摘要 由于利用負氧平衡炸藥轟合成所得到的納米量級的金剛石，不但具有金剛石所固有的綜合優異性能，而且還具有納米材料的奇異特性。因此，受到廣大工程技術專家的關注，特別是探討其在不同技術領域中...
由于利用負氧平衡炸藥轟合成所得到的納米量級的金剛石，不但具有金剛石所固有的綜合優異性能，而且還具有納米材料的奇異特性。因此，受到廣大工程技術專家的關注，特別是探討其在不同技術領域中的應用。本文將對納米金剛石在一些領域中應用所取得的進展與成效做一概述。以展示其為傳統技術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金剛石，這類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，還具有超潤滑的性能。
因此，在拋光、潤滑、鍍附等技術領域得到應用，并已初見成效。
因此，在拋光、潤滑、鍍附等技術領域得到應用，并已初見成效。
1、超精拋光
拋光是金剛石應用的傳統領域，即使在今天，拋光，包括超精磨仍是儀表和機械制造工藝過程中的一個最重要環節。可是，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量級，且碳表面極易受化學改變性的影響，能和任何極性介質兼容，這種特點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具有以下優越性：
(1) 超細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膠體的穩定性；
(2) 納米金剛石的化學穩定性，在化學上可以用于拋光系統的活性添加劑和拋光系統的還原；
(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物的活動性；
(5) 納米金剛石團聚體的團聚結構有利于懸浮的拋光系統中聚結的調節作用，且無毒；
(6) 含納米金剛石的拋光系統，可以提高拋光產品的質量和競爭的能力，以確保難加工材料拋光的加工性。
2、潤滑
潤滑與機械設備的運轉息息相關，有人形象地把潤滑油比喻為機械設備的血液，可以說失去了潤滑，就沒有機械設備的存在。
高效合理的潤滑技術是保證和改進機械設備節能、高效、長期正常運轉的基本措施，是機械運輸的命脈，是為國民經濟發展和人民生活福利服務的應用科學。沒有高效合理的潤滑技術就沒有先進的機械運轉，也就不可能有先進的生產和經濟繁榮。因此，各工業國家都十分重視先進合理的潤滑技術的研究與推廣應用。
目前，全世界機械能源有效利用平均只有30 %左右，據德國洛格甫爾教授測算，全世界生產能源的1P3到1P2 損失在摩擦磨損上，而英國焦斯特教授指出，世界消耗能源的30 %～40 %消耗在摩擦損耗上，從設備的潤滑觀點來講，干摩擦是有害的。主要表現在能量的損失和機件的磨損上。
金剛石由于有極高的硬度，對摩擦面上的尖凸進行自由磨削，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程，是普通機械加工無法做到的。這種作用使摩擦副之間的接觸面積迅速增大，加速了磨合過程，提高了磨合精度。而納米金剛石的球形和準球形顆粒鑲嵌于摩擦副之間的接觸微凹之中。有優異的承載力，摩擦表面形成滾珠軸承效應，表現出良好的潤滑性，將滑動摩擦變成了滾動摩擦，摩擦阻力變小，避免了干磨現象的發生。這里介紹二實例以闡明納米金剛石在潤滑中所起的重要作用。
Daniel Kamman 和Vitaly Komarov 的研究表明，使用core 和shell 金剛石符合傳統的潤滑液，可降低磨損、摩擦系數和摩擦溫度，以及提高設備部件的載荷和使用壽命。
與其他機油添加劑的最大區別是能夠立即見效并有很好的耐久性，添加后發動機的聲音馬上變靜，舊機器以及柴油機的聲音變化更加明顯。添加后機油的耐久性按照美軍規格(MTL) 的潤滑劑評價方法進行實驗的。結果表明，與傳統的二硫化鉬系、有機鉬系、氟素樹脂等潤滑劑相比，具有明顯的不同。
3、納米金剛石的復合鍍
材料的復合化是材料發展的必然趨勢，隨著現代工業的發展，機械零件需要在復雜、荷刻的條件和環境下工作，對材料表面性能提出了越來越高的要求。作為一種行之有效的表面改性措施，表面涂覆技術應運而生并獲得廣泛應用。
然而，對于某些主要因接觸疲勞或高溫磨損而失效缸體、活塞環、模具、曲軸、軸承等，單一涂層已很難滿足要求。研究表明，復合鍍層能有效地提高涂層與基體之間的結合強度，改善鍍層內應力的分布及裂紋的擴展方向，獲得一些特殊和優異性能。因此，復合涂層已成為表面工程領域的研究熱點之一。
可是，復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，而鍍液中的固體顆粒越細，復合鍍層中微粒的分散性越好，鍍層的強化效果越明顯。因此，納米金剛石則具有優勢。因為它不但具有金剛石的超硬、高抗磨、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，與鍍覆表面有極強的結合力，用量小，性能提高顯著，十分適合于復合鍍，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。
據了解，世界上每年金屬腐蝕損耗大約1500 億美元。我國年損耗在1500 億人民幣，金屬電鍍是解決的途徑之一。我國電解電鍍業廠達15000 多家，但技術雷同，水平較低，耐磨腐蝕程度與基板的結合強度差，污染大，屬急待升級的傳統產業。
近年來，開始使用國外的納米金剛石復合電鍍膜添加劑，效果明顯，但價格昂貴。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，耐磨損能力優于國外產品。售價僅為國外的60 % ，現已開始替代進口，我們做了個粗略的估算，如每年電解電鍍表面達到了3 億平方米，電鍍層厚度按5μm 計算，每平方需用納米金剛石灰粉1 克，共需納米金剛石復合鍍膜添加劑30000 噸，折合納米金剛石60 萬公斤。
我國目前年產20 億只，2005 年將達30 億只，主要配套汽車、摩托、家電、礦山機械、紡織機械、船舶制造和精密機床儀表、軍工和出口，急需納米復合電鍍工藝升級。
我國模具鍍層和塑料、玻璃的裝飾鍍的市場巨大，納米金剛石復合電鍍的前景廣闊。
納米金剛石金屬復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；很高的內聚力和附著力；電解液具有高的擴散能力，因此，引起工程技術專家的極大興趣和關注。納米金剛石金屬復合鍍的應用中將導致電化學和化學鍍技術的革新。
4 納米金剛石用于磁性錄音系統
首先，納米金剛石在磁帶和磁盤的鐵磁鍍膜中，應用作為減磨的添加劑和物理的變性劑；其次，將其添加劑電化學的復合膜中可改善磁性錄音的穩定性。
(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越性：磁載體層的磨損下降，能確保磁頭和讀數的最佳工作條件，磁載體摩擦減小及其運轉穩定性的提高。
(2) 與純CoP 膜比較，CoP 納米金剛石軟磁的非晶質膜顯示顯微硬度增大30 %；耐磨性提高3. 5 倍，摩擦系數減小28. 6 % ，磁頭鐵芯的使用壽命增加1 倍。
與純電化學或化學鍍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，無論是軟磁的非晶質的，還是硬磁鍍層的磁性特性都沒有變化。
5、納米金剛石用于醫療
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(數目多的原子供體) ，納米尺寸，晶體表面上大量的含氧官能團，顆粒的化學惰性，表面的親水特性，對其可能用于治療的藥劑是重要的 。
納米金剛石可應用腫瘤學，腸胃學、心臟學、血管疾病的診治等，它們沒有致癌的或誘變的性質，沒有毒。
納米金剛石對致病的病毒，微生物和細菌來說顯示非常高的活性，由于高的吸附能力和其它的獨特性，它們將被強烈地吸收，它們是超活性的吸附劑。在生物學上降低活性物質的遷移率，是急劇強化藥用試劑作用的手段，納米金剛石的應用誘致血壓的正常化。此外，當腸胃系統患病，納米金剛石是有效的，是防止燒傷、不同皮膚病、內臟中毒后效的最好手段。
納米金剛石應用于水性的和油性的懸浮液，有利于對腫瘤藥用試劑的強化，以及減少和消除痛苦的作用，腸道蠕動的正常化，改善血液指標，提高生命和免疫系統的活性，病毒從機體內排出等。
納米金剛石的應用與化學的和射線療法結合起來顯示出很好的前景。惡性贅瘤治療時用于防止有療效的藥劑的誘變性，而且納米金剛石不會降低其療效，以及可以預防正常細胞和在防止癌藥作用下繼發性腫瘤的誘導作用突變的發生。
一個療程約需0. 02～0. 05 克的納米金剛石。
6、納米金剛石有著比銅高出數千倍的傳導性、可以做成OLED面板、電池屏蔽涂層、防腐涂層、其傳導性、韌性可用于半導體、光伏、電池、顯示器領域，還可做成傳感器、做成帶電觸頭、可用于海水脫鹽、用于移動設備，能源生產與儲存，其電池儲量是鋰電池上萬倍；可用做醫療器械（鉆石牙、人體用血管等）。
7、納米金剛石在可再生資源上的應用：通過一種叫做熱離子能量轉換器的設備，各種太陽能、地熱和核能等資源被轉化為電能。通過與等離子納米結構的結合，熱離子轉換器中金剛石的優越特性得到最大發揮，進而使太陽能的吸收達到最大化并最終將其轉化為電能。
放射性石墨中碳14（C14）所產生的β輻射改善熱離子金剛石能量轉換器的工作性能。如果能將能量轉換器中的C14充分利用起來，它對于已退役的核反應堆中放射性石墨的處理將提供一個更為經濟實惠的方法。這些物質可以作為新型熱離子能量轉換器的原料，稱之為“β增強型熱離子金剛石轉換器”（BTDC）。
8、納米金剛石在光致發光領域的應用：美國羅切斯特大學的研究人員首次在自由空間內的懸浮納米金剛石上測量到光致發光所發射出的光束；該實驗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，使之以定頻形式發光。
這種納米結構的光學機械諧振器可用于高敏感力傳感器，用來測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理解摩擦力。
9、納米金剛石用于研究開發
能夠在非常極端的環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發等；將會開創工業和醫學激光應用的新金剛石激光媒介和下一代涂有金剛石生物醫學移植物，是現有移植物使用壽命的兩倍。
哈佛大學的科研團隊通過研制納米金剛石線設備，在量子科技領域又邁出了可喜的一步。
該新型設備能夠在室溫下提供穩定、明亮的單光子來源；這是在光應用中進行安全快速計算的基本要素之一。
該研究成果使得納米結構的金剛石設備在量子通信和計算方面的應用提高到了一個新的水準，同時也有望在生化傳感和科學成像方面大顯身手。
納米金剛石線為探究單個的色心提供了更自然、更高效的接口方案；這種設備使色心更加明亮，同時也增強了色心的靈敏度。相比較于自然金剛石設備，由此產生的增強型光學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，由原來的不成熟到現在的廣泛應用，納米金剛石的作用越來越大，對于科技的發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域有著從事納米金剛石研發20多年的豐富經驗。我們自主研發生產設備，并與全球多家頂尖納米新材料實驗室有著緊密合作，獨創的自動化無污染綠色環保流水線保證了產品的超潔凈生產。并且可進行5-200納米粒度生產，強大的技術優勢與先進的管理模式保證了華晶微鉆在全球范圍內納米金剛石領域處于領先地位。目前已建成大規模自動化生產線月生產能力可達1500-1700萬克拉以滿足市場需求。
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