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摘要 由于利用负氧平衡炸药轰合成所得到的纳米量级的金刚石，不但具有金刚石所固有的综合优异性能，而且还具有纳米材料的奇异特性。因此，受到广大工程技术专家的关注，特别是探讨其在不同技术领域中...
由于利用负氧平衡炸药轰合成所得到的纳米量级的金刚石，不但具有金刚石所固有的综合优异性能，而且还具有纳米材料的奇异特性。因此，受到广大工程技术专家的关注，特别是探讨其在不同技术领域中的应用。本文将对纳米金刚石在一些领域中应用所取得的进展与成效做一概述。以展示其为传统技术水平提升所起的重要作用和潜在的美好前景。
纳米金刚石是一种颗粒尺寸和形状异常的工业金刚石，这类金刚石的颗粒尺寸在0. 5～10nm 之间，平均尺寸约4～5nm ，大部分颗粒尺寸在2～8nm 之间。
鉴于纳米金刚石具有独特的圆形颗粒，使其不但具备金刚石的硬度和耐磨性，还具有超润滑的性能。
因此，在抛光、润滑、镀附等技术领域得到应用，并已初见成效。
因此，在抛光、润滑、镀附等技术领域得到应用，并已初见成效。
1、超精抛光
抛光是金刚石应用的传统领域，即使在今天，抛光，包括超精磨仍是仪表和机械制造工艺过程中的一个最重要环节。可是，目前常用的磨料尺寸均大于0. 1μm(100nm) ，纳米金刚石不仅硬度高，而且颗粒尺寸比最好的磨料要小于一个量级，且碳表面极易受化学改变性的影响，能和任何极性介质兼容，这种特点使纳米金刚石颗粒有可能在载体中均匀分布，因此，纳米金刚石颗粒被视为超精抛光的新一代理想磨料，值得指出的是，含有纳米金刚石的抛光系统具有以下优越性：
(1) 超细尺寸的纳米金刚石能确保表面粗糙度的最小值和抛光系统胶体的稳定性；
(2) 纳米金刚石的化学稳定性，在化学上可以用于抛光系统的活性添加剂和抛光系统的还原；
(3) 降低抛光表面材料的分量， 减少材料的损耗；
(4) 由于纳米金刚石的离子交换和吸附活性，可以减小其表面的离子和分子产物的活动性；
(5) 纳米金刚石团聚体的团聚结构有利于悬浮的抛光系统中聚结的调节作用，且无毒；
(6) 含纳米金刚石的抛光系统，可以提高抛光产品的质量和竞争的能力，以确保难加工材料抛光的加工性。
2、润滑
润滑与机械设备的运转息息相关，有人形象地把润滑油比喻为机械设备的血液，可以说失去了润滑，就没有机械设备的存在。
高效合理的润滑技术是保证和改进机械设备节能、高效、长期正常运转的基本措施，是机械运输的命脉，是为国民经济发展和人民生活福利服务的应用科学。没有高效合理的润滑技术就没有先进的机械运转，也就不可能有先进的生产和经济繁荣。因此，各工业国家都十分重视先进合理的润滑技术的研究与推广应用。
目前，全世界机械能源有效利用平均只有30 %左右，据德国洛格甫尔教授测算，全世界生产能源的1P3到1P2 损失在摩擦磨损上，而英国焦斯特教授指出，世界消耗能源的30 %～40 %消耗在摩擦损耗上，从设备的润滑观点来讲，干摩擦是有害的。主要表现在能量的损失和机件的磨损上。
金刚石由于有极高的硬度，对摩擦面上的尖凸进行自由磨削，迅速去除摩擦副表面凹凸不平的微峰，属于极其精密的研磨抛光过程，是普通机械加工无法做到的。这种作用使摩擦副之间的接触面积迅速增大，加速了磨合过程，提高了磨合精度。而纳米金刚石的球形和准球形颗粒镶嵌于摩擦副之间的接触微凹之中。有优异的承载力，摩擦表面形成滚珠轴承效应，表现出良好的润滑性，将滑动摩擦变成了滚动摩擦，摩擦阻力变小，避免了干磨现象的发生。这里介绍二实例以阐明纳米金刚石在润滑中所起的重要作用。
Daniel Kamman 和Vitaly Komarov 的研究表明，使用core 和shell 金刚石符合传统的润滑液，可降低磨损、摩擦系数和摩擦温度，以及提高设备部件的载荷和使用寿命。
与其他机油添加剂的最大区别是能够立即见效并有很好的耐久性，添加后发动机的声音马上变静，旧机器以及柴油机的声音变化更加明显。添加后机油的耐久性按照美军规格(MTL) 的润滑剂评价方法进行实验的。结果表明，与传统的二硫化钼系、有机钼系、氟素树脂等润滑剂相比，具有明显的不同。
3、纳米金刚石的复合镀
材料的复合化是材料发展的必然趋势，随着现代工业的发展，机械零件需要在复杂、荷刻的条件和环境下工作，对材料表面性能提出了越来越高的要求。作为一种行之有效的表面改性措施，表面涂覆技术应运而生并获得广泛应用。
然而，对于某些主要因接触疲劳或高温磨损而失效缸体、活塞环、模具、曲轴、轴承等，单一涂层已很难满足要求。研究表明，复合镀层能有效地提高涂层与基体之间的结合强度，改善镀层内应力的分布及裂纹的扩展方向，获得一些特殊和优异性能。因此，复合涂层已成为表面工程领域的研究热点之一。
可是，复合电镀膜中的固体颗粒(金刚石、碳化硅等) 均为毫米和微米级，而镀液中的固体颗粒越细，复合镀层中微粒的分散性越好，镀层的强化效果越明显。因此，纳米金刚石则具有优势。因为它不但具有金刚石的超硬、高抗磨、耐热防腐性能，而且颗粒表面有丰富的羟基、羧基、羰基等官能团，与镀覆表面有极强的结合力，用量小，性能提高显著，十分适合于复合镀，不仅可用于金属表面，也可用于橡胶、塑料、玻璃等表面的涂敷。
据了解，世界上每年金属腐蚀损耗大约1500 亿美元。我国年损耗在1500 亿人民币，金属电镀是解决的途径之一。我国电解电镀业厂达15000 多家，但技术雷同，水平较低，耐磨腐蚀程度与基板的结合强度差，污染大，属急待升级的传统产业。
近年来，开始使用国外的纳米金刚石复合电镀膜添加剂，效果明显，但价格昂贵。我们的纳米金刚石电解电镀膜添加剂与基板的亲和力极强，耐磨损能力优于国外产品。售价仅为国外的60 % ，现已开始替代进口，我们做了个粗略的估算，如每年电解电镀表面达到了3 亿平方米，电镀层厚度按5μm 计算，每平方需用纳米金刚石灰粉1 克，共需纳米金刚石复合镀膜添加剂30000 吨，折合纳米金刚石60 万公斤。
我国目前年产20 亿只，2005 年将达30 亿只，主要配套汽车、摩托、家电、矿山机械、纺织机械、船舶制造和精密机床仪表、军工和出口，急需纳米复合电镀工艺升级。
我国模具镀层和塑料、玻璃的装饰镀的市场巨大，纳米金刚石复合电镀的前景广阔。
纳米金刚石金属复合镀具有以下一些通性；高的耐磨性和显微硬度；高的抗蚀性和小的孔隙度；非常低的摩擦系数；很高的内聚力和附着力；电解液具有高的扩散能力，因此，引起工程技术专家的极大兴趣和关注。纳米金刚石金属复合镀的应用中将导致电化学和化学镀技术的革新。
4 纳米金刚石用于磁性录音系统
首先，纳米金刚石在磁带和磁盘的铁磁镀膜中，应用作为减磨的添加剂和物理的变性剂；其次，将其添加剂电化学的复合膜中可改善磁性录音的稳定性。
(1) 纳米金刚石添加剂到铁磁层中明显地减小磁畴(铁磁体的颗粒) ，即录音密度明显地增大。
纳米金刚石引入磁头洁净的专用膜中，其耐磨性明显地增大。
含有纳米金刚石的软磁信息载体具有以下的优越性：磁载体层的磨损下降，能确保磁头和读数的最佳工作条件，磁载体摩擦减小及其运转稳定性的提高。
(2) 与纯CoP 膜比较，CoP 纳米金刚石软磁的非晶质膜显示显微硬度增大30 %；耐磨性提高3. 5 倍，摩擦系数减小28. 6 % ，磁头铁芯的使用寿命增加1 倍。
与纯电化学或化学镀CoP 镀层比较，CoP 纳米金刚石的硬磁多晶体的显微硬度提高20 % ，腐蚀电流减小37. 5 % ，磁性录音载体的使用寿命增大。
添加纳米金刚石时，无论是软磁的非晶质的，还是硬磁镀层的磁性特性都没有变化。
5、纳米金刚石用于医疗
纳米金刚石异常高的吸附能力，大的比表面积，表面上的大量自由电子数(数目多的原子供体) ，纳米尺寸，晶体表面上大量的含氧官能团，颗粒的化学惰性，表面的亲水特性，对其可能用于治疗的药剂是重要的 。
纳米金刚石可应用肿瘤学，肠胃学、心脏学、血管疾病的诊治等，它们没有致癌的或诱变的性质，没有毒。
纳米金刚石对致病的病毒，微生物和细菌来说显示非常高的活性，由于高的吸附能力和其它的独特性，它们将被强烈地吸收，它们是超活性的吸附剂。在生物学上降低活性物质的迁移率，是急剧强化药用试剂作用的手段，纳米金刚石的应用诱致血压的正常化。此外，当肠胃系统患病，纳米金刚石是有效的，是防止烧伤、不同皮肤病、内脏中毒后效的最好手段。
纳米金刚石应用于水性的和油性的悬浮液，有利于对肿瘤药用试剂的强化，以及减少和消除痛苦的作用，肠道蠕动的正常化，改善血液指标，提高生命和免疫系统的活性，病毒从机体内排出等。
纳米金刚石的应用与化学的和射线疗法结合起来显示出很好的前景。恶性赘瘤治疗时用于防止有疗效的药剂的诱变性，而且纳米金刚石不会降低其疗效，以及可以预防正常细胞和在防止癌药作用下继发性肿瘤的诱导作用突变的发生。
一个疗程约需0. 02～0. 05 克的纳米金刚石。
6、纳米金刚石有着比铜高出数千倍的传导性、可以做成OLED面板、电池屏蔽涂层、防腐涂层、其传导性、韧性可用于半导体、光伏、电池、显示器领域，还可做成传感器、做成带电触头、可用于海水脱盐、用于移动设备，能源生产与储存，其电池储量是锂电池上万倍；可用做医疗器械（钻石牙、人体用血管等）。
7、纳米金刚石在可再生资源上的应用：通过一种叫做热离子能量转换器的设备，各种太阳能、地热和核能等资源被转化为电能。通过与等离子纳米结构的结合，热离子转换器中金刚石的优越特性得到最大发挥，进而使太阳能的吸收达到最大化并最终将其转化为电能。
放射性石墨中碳14（C14）所产生的β辐射改善热离子金刚石能量转换器的工作性能。如果能将能量转换器中的C14充分利用起来，它对于已退役的核反应堆中放射性石墨的处理将提供一个更为经济实惠的方法。这些物质可以作为新型热离子能量转换器的原料，称之为“β增强型热离子金刚石转换器”（BTDC）。
8、纳米金刚石在光致发光领域的应用：美国罗切斯特大学的研究人员首次在自由空间内的悬浮纳米金刚石上测量到光致发光所发射出的光束；该实验利用激光将纳米金刚石固置在空中，然后用另外一束激光照射金刚石，使之以定频形式发光。
这种纳米结构的光学机械谐振器可用于高敏感力传感器，用来测量微芯片装置中的金属板和镜像的微小位移，并帮助人们从纳米概念上来理解摩擦力。
9、纳米金刚石用于研究开发
能够在非常极端的环境下工作的一种新金刚石传感器，比如用于深度天然气和石油的钻探或宇宙空间开发等；将会开创工业和医学激光应用的新金刚石激光媒介和下一代涂有金刚石生物医学移植物，是现有移植物使用寿命的两倍。
哈佛大学的科研团队通过研制纳米金刚石线设备，在量子科技领域又迈出了可喜的一步。
该新型设备能够在室温下提供稳定、明亮的单光子来源；这是在光应用中进行安全快速计算的基本要素之一。
该研究成果使得纳米结构的金刚石设备在量子通信和计算方面的应用提高到了一个新的水准，同时也有望在生化传感和科学成像方面大显身手。
纳米金刚石线为探究单个的色心提供了更自然、更高效的接口方案；这种设备使色心更加明亮，同时也增强了色心的灵敏度。相比较于自然金刚石设备，由此产生的增强型光学特性极大地提高了光子收集的效率。
在这40多年的纳米金刚石研究中，纳米金刚石的研究磕磕绊绊一路走到今天，由原来的不成熟到现在的广泛应用，纳米金刚石的作用越来越大，对于科技的发展也将起着不可估量的作用。
河南省豫星华晶微钻有限公司在纳米金刚石领域有着从事纳米金刚石研发20多年的丰富经验。我们自主研发生产设备，并与全球多家顶尖纳米新材料实验室有着紧密合作，独创的自动化无污染绿色环保流水线保证了产品的超洁净生产。并且可进行5-200纳米粒度生产，强大的技术优势与先进的管理模式保证了华晶微钻在全球范围内纳米金刚石领域处于领先地位。目前已建成大规模自动化生产线月生产能力可达1500-1700万克拉以满足市场需求。
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