超硬材料網(wǎng)

　　20世紀(jì)80年代誕生了一種高新科技產(chǎn)品——納米材料，它那神奇的特性和極其廣泛應(yīng)用前景非常誘人。
　　納米技術(shù)使人類對大自然的認(rèn)識進入了一個新的層次，從此，一批新學(xué)科將誕生，更多新材料將被創(chuàng)造，許多新概念和新理論將相繼建立，物質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式將迅速改變，社會生活將產(chǎn)生巨大變革。國際科技權(quán)威預(yù)測，21世紀(jì)是納米世紀(jì)，納米技術(shù)的發(fā)展其深遠意義堪與18世紀(jì)的工業(yè)革命相媲美。因此，現(xiàn)在每個大國都在強調(diào)納米技術(shù)將決定國家在21世紀(jì)的命運。
　　隨著微米時代的結(jié)束，納米時代開始將黎明第一束曙光投向世界，未來世界文明的中心將會出現(xiàn)在什么地方呢？有一點可以肯定的是，在納米時代，誰掌握了最先進的納米技術(shù)，誰能夠最先從納米技術(shù)中獲益，誰就有可能成為新一代的世界文明中心。
　　納米時代的到來，最先為人們所感受到的一定是在納米科技基礎(chǔ)上建立起來的納米經(jīng)濟。納米經(jīng)濟的形成過程，首先是納米產(chǎn)品從納米科技的基礎(chǔ)研究中脫穎而出，納米金剛石的出現(xiàn)就是其中一例，這種產(chǎn)品的逐漸成熟及影響的逐步擴展，使得納米產(chǎn)業(yè)在整個國民經(jīng)濟中的地位日益凸現(xiàn)，比重逐漸提高。歷史的經(jīng)驗告訴我們，曾經(jīng)重視微米科技的國家，今天都已成為發(fā)達國家，而納米科技則為人們提供了新的機遇。今天重視納米材料的國家將在未來高科技競爭中取得領(lǐng)先的地位。
　　需要指出的是，現(xiàn)代科技往往會在交叉點上有所創(chuàng)新，正因為納米科技是多學(xué)科交叉融合，所以才充滿了原始的創(chuàng)新機會，科學(xué)家也愿意在這個領(lǐng)域耕耘，獲得原始創(chuàng)新的成果。在納米尺度上多學(xué)科的交叉融合，是納米科技巨大的生命力，迅速形成了具有廣泛學(xué)科內(nèi)容和潛在應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。
　　納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，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)，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性。
　　納米金剛石是納米材料家族中的一個重要成員，它不僅保留著金剛石的綜合優(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，本文引用以下具體事例來闡明。
　　1.納米金剛石與金屬的電化學(xué)和化學(xué)鍍
　　實驗研究表明，在電鍍的工藝技術(shù)中應(yīng)用納米金剛石具有以下一些優(yōu)越性：
　　1.1提高產(chǎn)品的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)特性
　　●優(yōu)越的耐磨性和高的顯微硬度；
　　●高的附著性和低的摩擦系數(shù)；
　　●高的陽極氧化鋁膜的電絕緣性能；
　　●高的抗蝕性；
　　●電解液的擴散能力急劇增長；
　　●高的彈性。
　　1.2制品的使用壽命提高1-9倍。
　　1.3可達到節(jié)約材料，能量和勞動消耗。
　　1.4電鍍作業(yè)線的生產(chǎn)率提高20%-50%，與鍍層厚度的減少和膜形成的速度提高有關(guān)。
　　1.5點解過程的經(jīng)濟特性得以改善。
　　2．納米金剛石用于潤滑油、固體潤滑劑和潤滑冷卻液。
　　納米金剛石添加劑潤滑油中具有以下優(yōu)越性：
　　2.1提高產(chǎn)品的質(zhì)量和競爭能力；提高運輸工具盒裝置的工作壽命；節(jié)約燃滑油材料。
　　2.2摩擦動量降低20%-40%。
　　2.3摩擦面磨損減少30%-40%。
　　2.4摩擦副的快速磨合。
　　納米金剛石的單位消耗---1000kg潤滑油中為0.1-0.2kg。
　　3.納米金剛石用作研磨和拋光。
　　美國、英國等國家已制備成納米拋光液，并有商品出售。常規(guī)的拋光液是將不同粒徑的顆粒放入基液制成拋光劑，廣泛用于金相拋光、高級照像鏡頭拋光、高級晶體拋光以及巖石拋光等。最細的顆粒尺寸一般在微米到亞微米級。隨著高技術(shù)的飛快發(fā)展，要求晶體的表面有更高的光潔度。這就要求拋光劑中的顆粒越來越細，分布越來越窄，納米微粒為實現(xiàn)這個目標(biāo)提供了基礎(chǔ)。目前已制成的用納米金剛石配置的超精拋光液、拋光膏，可用于紅、藍寶石、首飾、高級光學(xué)鏡頭和激光鏡頭的精拋光，表面粗糙度可達Rmax＜＜1nm
　　含有納米金剛石的拋光系統(tǒng)具有以下一些優(yōu)越性：
　　3.1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(tǒng)膠體的穩(wěn)定性。
　　3.2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。
　　3.3降低拋光表面材料的分量，減少材料的損耗。
　　3.4由于納米金剛石的離子交換和吸附活性，可減少納米金剛石表面的離子和分子產(chǎn)物的活動性，即確保表面的純凈。
　　3.5納米金剛石團聚體的團聚結(jié)構(gòu)有利于懸浮的拋光系統(tǒng)中聚結(jié)調(diào)節(jié)作用。
　　3.6這個系統(tǒng)沒有毒。
　　3.7含有納米金剛石的拋光系統(tǒng)，可以提高拋光產(chǎn)品質(zhì)量和競爭能力，以確保難加工材料拋光的加工性。
　　加工1m2的表面，納米金剛石的單位消耗為0.001-0.01kg。
　　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，將其添加到電化學(xué)的復(fù)合膜中，可改善磁性錄音的穩(wěn)定性。
　　磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。作為磁記錄單位的磁性粒子的大小必須滿足以下要求：（a）顆粒的長度應(yīng)遠小于記錄波長；（b）粒子的寬度應(yīng)該遠小于記錄深度；（c）一個單位的記錄體積中，應(yīng)盡可能有更多的磁性粒子。
　　4.1納米金剛石添加到鐵磁層明顯地減少磁疇（鐵磁體的顆粒），即錄音密度明顯地增大。
　　納米金剛石引入到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體有以下優(yōu)越性：磁載體層磨損下降，能確保磁頭和讀數(shù)的最佳工作條件，磁載體摩擦減少，及其運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的提高。
　　納米金剛石的單位消耗為漆膜重量的1%-2%。
　　4.2與純CoP鍍膜比較CoP-納米金剛石軟磁的非晶膜顯示，顯微硬度增大30%；耐磨性提高3.5倍；摩擦系數(shù)減少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%，腐蝕電流減少37.5%，磁性錄音載體的使用壽命增大，添加納米金剛石，無論是軟磁的非晶質(zhì)的，還是硬磁鍍層的磁性都沒有變化。
　　當(dāng)層厚1.1-6m時，納米金剛石的單位消耗為1m2約為1克拉。
　　5.用于隱身材料
　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種探測手段越來越先進，例如，用雷達發(fā)射電磁波可以探測飛機；利用紅外探測器也可以發(fā)現(xiàn)放射紅外線的物體。當(dāng)前，世界各國為了適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，提高在軍事對抗中的實力，也將隱身技術(shù)作為一個重要的研究對象，其中隱身材料在隱身技術(shù)中占有重要地位。用少量納米金剛石懸浮在涂料中，將其噴涂在飛機、坦克、導(dǎo)彈、軍艦上，可以起到隱形防腐的作用。
　　為什么超微粒子，特別是納米粒子對紅外和電磁波有隱身作用呢？主要原因有兩點：一方面由于納米微粒尺寸遠小于紅外和雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波長的透過率比常規(guī)材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很弱，從而達到隱身作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大了3-4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到了隱身作用。目前，隱身材料雖在很多方面都有廣闊的應(yīng)用前景，但當(dāng)前真正發(fā)揮作用的隱身材料大多使用在航天航空與軍事有密切關(guān)系的部件上。對于上天的材料有一個要求是重量輕，在這方面納米材料是有優(yōu)勢的，特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身方面應(yīng)用十分廣泛。
　　6.納米金剛石用于醫(yī)療。
　　納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的紅細胞、紅血球小的多，這就為生物學(xué)研究提供了一個新的研究途徑，即利用納米微粒進行細胞分離、細胞染色及利用納米微粒制成特殊藥物或新型抗體進行局部治療等，關(guān)于這方面的研究現(xiàn)在處于初級階段，但卻有廣闊的應(yīng)用前景。
　　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)目多的原子供體），納米晶體表面上大量的含氧官能團，顆粒的化學(xué)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(yīng)用腫瘤學(xué)、腸胃學(xué)、心臟學(xué)、血管疾病的診治，皮膚病等等，它們沒有致癌的或誘變的性質(zhì)，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他的獨特性，它們將被強烈的吸附，它們是起活性的吸附劑，在生物學(xué)上降低活性物質(zhì)的遷移率，是急劇強化藥用試劑的手段。納米金剛石的應(yīng)用可誘致血壓的正常化。此外，當(dāng)腸胃系統(tǒng)患病、不同皮膚病、內(nèi)臟中毒，采用納米金剛石是有效的，而且是防止燒傷的最好手段。
　　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(biāo)，提高生命和免疫系統(tǒng)的活性，使病毒從有機體內(nèi)排出等。
　　納米金剛石的應(yīng)用與化學(xué)和射線療法結(jié)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(yù)防正常的細胞和在防止癌藥劑作用下繼發(fā)性腫瘤的誘導(dǎo)作用突變的發(fā)生。
　　一個療程約需0.2-0.5克的納米金剛石。
　　7.催化方面的應(yīng)用
　　納米微粒由于尺寸小，表面所占有的體積百分?jǐn)?shù)大，表面的鍵態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加，這就使它具備了作為催化劑的基本條件。最近，關(guān)于納米微粒表面形態(tài)的研究指出，隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，這就增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面。有人預(yù)計超微粒子催化劑在21世紀(jì)很可能成為催化反應(yīng)的主要角色。利用納米金剛石的極大比表面、高表面能、高孔隙度等特點，可制造小體積、低造價的催化裝置代替原有龐大昂貴的裝備，可用作環(huán)保、太陽能電池盒貯氫裝置。
　　8.將納米金剛石添加在橡膠、聚合物中，可大大改善其性能
　　提高輪胎抗爆裂度（從53Mpa提高到154Mpa）；提高橡膠制品彈性2倍，提高耐磨性2-5倍；將其添加到氟橡膠中制造發(fā)動機用橡膠器件，加到腈基橡膠中制造密封圈可大大提高低溫下的彈性；加到環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的聚合物中，可提高連接強度2-2.5倍。
　　9.將納米金剛石添加到炸藥中，可大大提高炸藥的爆炸威力。
　　10.將納米金剛石添加到燃料油中，可大大提高燃油的分散度和燃燒值，達到節(jié)能的目的等等，等等。
　　從上面舉例納米金剛石在各方面的應(yīng)用，充分顯示出納米金剛石在21世紀(jì)材料科學(xué)中的舉足輕重的地位。神通廣大的納米金剛石其誘人的應(yīng)用前景促使人對這一嶄新的材料科學(xué)領(lǐng)域和全新的研究對象努力探索，擴大其應(yīng)用，使它為人類帶來更多的利益。相信，在新世紀(jì)，納米金剛石材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域的一個大放異彩的“明星”。展露在新材料、能源、信息等各個領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用，豐富人類的知識寶庫，給人類帶來福音。
　　
　　來源：中國超硬材料網(wǎng)