[发明专利]ζ正氢化纳米金刚石粉末、ζ正单一数位氢化纳米金刚石分散体及其生产方法

说明书

发明领域

本发明涉及生产ζ正氢化纳米金刚石粉末(zetapositivehydro-genated nanodiamondpowder)和ζ正单一数位氢化纳米金刚石分散体(zetapositivesingle digithydrogenatednanodiamonddispersion)的方法。本发明还涉及ζ正氢化纳米金刚 石粉末和ζ正单一数位氢化纳米金刚石分散体。

背景技术

纳米金刚石(ND)也称为超纳米晶体金刚石(ultrananocrystallinediamond)或 超分散金刚石(ultradisperseddiamond)(UDD)，是独特的纳米材料，能通过爆轰合成 (detonationsynthesis)容易地生产出数百千克。

爆轰纳米金刚石(ND)首先是在1963年由USSR的研究者通过伴随非氧化介质中的 负氧平衡的高爆炸混合物的爆炸分解(explosivedecomposition)合成的。通常的爆炸混 合物是三硝基甲苯(TNT)和环三次甲基三硝基胺(RDX)的混合物，TNT/RDX的优选的重量比 是40/60。

作为爆轰合成的结果，得到带有金刚石的煤烟(soot)，也称为爆轰共混物。这种共 混物包含纳米金刚石颗粒以及被来自爆轰室的材料的金属和金属氧化物颗粒污染的不同 种类的非金刚石碳，所述纳米金刚石颗粒通常具有约2至8nm的平均粒径。爆轰共混物中纳 米金刚石的含量通常为30和75%重量之间。

由爆轰得到的含纳米金刚石的共混物含有同样的硬附聚物，其通常具有超过1mm 的直径。这样的附聚物难以破碎。另外，该共混物的粒径分布很宽。

金刚石碳包含sp³碳，非金刚石碳主要包含sp²碳种类，例如碳洋葱(carbon onion)、碳富勒烯壳(carbonfullereneshell)、无定形碳、石墨碳或其任何组合。

有很多纯化爆轰共混物的方法。认为纯化阶段是纳米金刚石生产中最复杂和昂贵 的阶段。

为了分离最终的带有金刚石的产物，采用复杂的化学操作，以便溶解或气化该材 料中存在的杂质。杂质通常有两种：非碳的(金属氧化物、盐等)和非金刚石形式的碳(石墨、 炭黑、无定形碳)。

化学纯化技术的基础是金刚石和非金刚石形式的碳对于氧化剂的不同的稳定性。 液相氧化剂相对于气体或固体系统具有优点，因为它们允许获得反应区中更高的反应物浓 度，并因此提供高反应速率。

近年来，纳米金刚石由于在以下领域中的几种现有的应用而已经获得越来越多的 关注：电镀(电解的和无电的(elec-troless))、抛光、多种聚合物机械和热复合材料、CVD播 种(CVD-seeding)、油和润滑剂添加剂以及可能的新的应用，例如发光成像、药物递送、量子 工程(quantumengineering)等。

可获得的纳米金刚石材料具有多种不同的表面官能(surfacefunctions)，从而 附聚(几百纳米至几微米)，这一事实显著地限制了其在工业应用中的用途。在应用附聚纳 米金刚石级时，一般需要很高填料填充量，使其成本有效的用途在今天的大多数应用中不 可能实现。另外，纳米金刚石附聚显著限制或阻止不同应用最终产品技术性能的优化。附聚 使纳米金刚石不可能用于一些其中产品光学性质必须保持的应用；附聚引起在抛光和精细 抛光应用中的擦划；附聚可对聚合物复合材料机械性能具有直接的不利作用；在电镀电解 质或无电沉积化学品中的附聚(由于非最佳纳米金刚石ζ电势，与电解质pH范围(pH regime)相关)使其产生机械改良金属涂层的应用不可能实现或者经济上无效；附聚显著阻 止纳米金刚石用作药物载体材料；附聚对CVD产生的金刚石薄膜品质具有不利作用，等等。

只有纳米金刚石基本为单官能化类型，并因此根据表面改性类型对不同溶剂和聚 合物、金属或陶瓷材料具有最高可能的亲合性，才能实现以纳米金刚石材料粉末、悬浮体和 分散体形式成本有效和科技优化地使用纳米金刚石材料。根据表面官能化的类型，这种基 本单官能化纳米金刚石具有高度正或负的ζ电势值。