1 纳米金刚石的制备和特性

　　从空间尺度分类，纳米金刚石分为纳米金刚石膜、一维金刚石纳米棒和二维金刚石纳米片，三维纳米金刚石聚晶颗粒以及零维纳米金刚石单晶颗粒。纳米金刚石薄膜是利用CVD 方法生长出的纳米级晶粒组成的金刚石膜，其制备参数与传统微米尺度金刚石薄膜不同，是通过金刚石的二次成核，获得致密的、晶粒尺寸为纳米级的金刚石薄膜。晶粒尺寸小于10nm的金刚石膜又称为超纳米金刚石膜，这种薄膜光滑、致密、无孔，是制备生物传感器以及生物医学仪器的关键材料。一维金刚石纳米棒或金刚石纳米纤维可以通过氢等离子体长时间处理碳纳米管来获得。二维金刚石纳米片可在Au–Ge合金和纳米金刚石膜基底上通过微波等离子体CVD 法制备，其厚度约10nm。金刚石纳米颗粒的合成方法主要有静压合成、金刚石单晶粉磨、爆轰法三种，都已应用于工业化生产。爆轰法合成纳米金刚石生产效率相对较高，其原理是通过爆炸时产生的高温高压将爆炸体系的碳元素转变为金刚石。用该方法制备得到热力学稳定的含纳米金刚石的黑粉。黑粉经特殊工艺处理后得灰色的纳米金刚石粉，其回收率约为所用炸药质量的8%～10%，金刚石颗粒粒径为5～10nm，经过化学提纯可得到纯度约95%～97%的DND。

　　对于平均粒度尺寸5nm 的纳米金刚石颗粒，表面碳原子数(N 表面)与颗粒的总碳原子数(N 总)之比约为15%，导致金刚石表面碳原子空间对称性的破坏以及晶格间距的变化。纳米金刚石的性质与大尺寸金刚石单晶不同。根据高分辨透射电子显微镜观察，纳米金刚石颗粒内部核由金刚石结构碳原子规则排列，而在颗粒外壳区域为类金刚石或类石墨的无序结构。

　　2 纳米金刚石的应用

　　纳米金刚石在强度、硬度、导热性、纳米效应、重金属杂质、生物相容性等方面具有的独特性能，使其在精密抛光和润滑、化工催化、复合镀层、高性能金属基复合材料、化学分析及生物医药等领域得到了广泛的'应用，并展现出良好的应用前景。

　　2.1 超精密抛光和润滑

　　纳米金刚石抛光膏和悬浮液用于电子、无线电、医学、机械制造、宝石等行业，对材料进行精密抛光。其优点是可在任何固体上获得镜面效果，表面粗糙度值Ra可达2～8nm。爆轰法合成的纳米金刚石粒径分布很窄(2～20nm)，用分布很窄的纳米粒子作磨料进行抛光或研磨，可得到表面粗糙度值Ra为0.1～1.0nm的超光滑表面。润滑油中加入纳米金刚石可提高发动机和传动装置工作寿命，节约燃油机油，降低表面磨损等。纳米金刚石具有强共价键和强烈的亲油疏水特性，可以在各类润滑油中形成稳定分散的胶体体系，从而将纳米金刚石粒子引入摩擦副之间，起到显著的减摩耐磨作用。同时，由于纳米金刚石良好的抗压性能和修复功能，可以充分发挥其协同增效作用和润滑油添加剂之间的相互作用，研制出耐磨性能优异的复合润滑油和添加剂。油中加入纳米金刚石后，滑动摩擦变成滚动摩擦，摩擦副表面逐渐改性，形成又硬又滑的金属碳化物，其减摩抗磨效果是用有机化工方法无法比拟的。台架实验表明：在EQ6100–1型汽油机上使用纳米金刚石发动机油后，输出功率平均提高4.2%，最高可达6.4%;燃油消耗率平均降低4.7%，最高可达10.3%;气缸压力提高28.9%;怠速转速提高10.2%;发动机怠速碳氢化物排放降低60%;氮氧化物排放降低20.5%。总之，发动机动力性、经济性和排放性均有较大改善;气缸密封性提高，且具有较好的减摩效果;对发动机具有免拆卸清洗功能;冬季更易点火，发动机油的使用周期成倍延长。纳米金刚石磨合油可使发动机的磨合时间缩短30%～50%，汽缸压力提高7%～10%，缸套硬度增加10%～20%，粗糙度明显改善，磨合油使用周期大大延长。目前，纳米金刚石在该领域的应用比较成熟，除了上述在发动机油中可明显减少尾气排放外，还可有效地过滤重金属和放射性物质。在溶液中，1g纳米金刚石可吸附50g Ni。润滑油使用周期延长不仅提高了用户的经济效益，其本身就是对环保的巨大贡献。

　　2.2 工业催化

　　爆轰法合成的纳米金刚石比表面积大，具有大量的结构缺陷，化学活性高，适于用作催化剂载体，提高催化效率。石晓琴等研究了铜/纳米金刚石复合粒子对高氯酸铵热分解的催化作用，结果表明：铜/纳米金刚石复合粒子较单一的纳米铜催化效果更好。