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纳米金刚石是纳米材料家族中的一个重要成员，它不仅保留着金刚石的综合优异特性，而且还有对人体无害的良好的生物兼容性；对雷达波、红外紫外光有巨大的透射率和吸收率，优异的冷阴极场发射效应，表面有许多羧基、烃基、羰基等功能团，很容易同金属、橡胶、塑料聚合物、织物表面紧密结合等等，从而为纳米金刚石的应用提供技术基础和发展空间。 纳米金刚石是一类sp3杂化的非金属碳材料，有着比传统碳材料更独特的物理化学性质，过去局限于做聚晶，抛光剂等磨料磨具领域，近年来在金属镀层，润滑油，催化、生物医药以及电化学检测方向取得了不错的进展。 纳米金刚石的生产方法 动态高压高温法，是利用瞬时产生的高压高温来合成金刚石的。而动压法根据使用的原料不同。又可细分为：一是，冲击法。即利用高速飞片撞击石墨耙板，使石墨在撞击过程中生成微米量级的金刚石颗粒；二是，爆*炸法，即将石墨与高能炸药(如TNT，RDX)混合，在炸药爆轰的过程中压缩石墨使其转变为金刚石：三是，爆轰法，即利用负氧平衡炸药，在保护介质环境中爆轰，爆*炸过程中多余的碳原子经过聚集、晶化等一系列的物理化学过程形成纳米尺度的颗料集团，其中包括金刚石相、石墨相和无定形碳。经纯化处理以除去非金刚石碳，而得到较高纯度的纳米金刚石。 纳米金刚石的分散 纳米金刚石的分散技术一般分物理分散和化学分散。物理分散又可分为超声分散、机械搅拌分散和机械研磨分散。化学分散又可分为化学改性分散，分散剂分散。纳米金刚石的分散过程就是使纳米金刚石聚集体在分散液中成原始单体状态弥散分布于液相的过程。 比如，使用硅烷偶联剂KH-570和高聚物JQ-3表面改性过的纳米金刚石，将其超声分散在乙醇中，可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性。 纳米金刚石的应用 一、催化应用 纳米碳管、富勒烯、石墨烯薄片和石墨烯氧化物等众多sp2杂化的纳米碳材料, 在无金属催化剂领域体现出巨大的潜力。同样, sp3杂化的纳米金刚石 (NDs) 在无金属催化剂物研究领域也有很好的表现。 Nat Commun报道了一种通过在纳米金刚石（NDs）上控制修饰氟原子，得到了对乙基苯具有优异催化性能的催化剂。在400 ℃蒸汽中进行催化反应时，当乙基苯的转化率为70 %，苯乙烯的产率为63 %，选择性可达到90 %。在相同的催化反应条件下，氟原子修饰的NDs催化活性比其他常见的催化剂的活性更高，如工业上经常使用的K-Fe催化剂在600℃中的苯乙烯选择性仅有50 %。此外研究还发现，氟原子修饰的NDs催化剂具有很好的长期催化活性，在500 h连续催化反应中，苯乙烯的产率仍保持高于50 %。 二、生物应用 纳米金刚石具有优异的生物相容性，容易进入细胞，且表面易被修饰，因此纳米金刚石可作为生物诊断探针、运载工具、基因治疗、抗病毒和抗菌治疗工具以及作为组织支架等。 纳米金刚石还可用于分子药物在细胞内作用机理研究，也可替代胶体金等发光材料进行体外疾病诊断应用，实现超高灵敏度核酸测量，有望实现流行病病毒的快速检测以及重大疾病的早期筛查。 纳米金刚石的生物医学应用 （1）吸附生物分子 纳米金刚石由于比表面积大、化学性质稳定、表面官能团较多等性质，通过亲水、疏水作用及静电力等实现对小分子以及大的生物分子的吸附，用于医药领域中，包括载药、抗癌治疗、蛋白质分离、杀菌等方面，在生物医药领域发挥愈来愈重要的作用。 基于纳米金刚石的基因递送平台，是一种简便、快速、广泛的基因传输工具。纳米金刚石被修饰后通过静电作用与基因结合，对核酸有高亲和力，可以促进基因向细胞核的转运，从而增强了疾病的治疗能力，而且还显示出低细胞毒性的特点，因此，纳米金刚石进行基因递送用于靶向治疗是一种很有前景的疾病治疗方法。 （2）生物传感 荧光纳米金刚石具有光稳定性高、明亮的多色荧光、生物毒性低、物化性质稳定等优点，在生物传感方面也具有应用价值。 在细胞生长过程中起重要信号作用的标志物，如过氧化氢、谷胱甘肽、金属离子等，常通过与有机荧光探针结合或反应时的荧光变化来检测，然而，有机荧光探针在强光光源激发下易漂白，纳米金刚石即使在强光照射下也不会发生光漂白，而且在与生物分子相互作用时基本不会发生荧光变化，因此，荧光纳米金刚石常被开发应用于检测、生物传感、细胞示踪和细胞活动探究等生物应用。 （3）细胞标记与生物成像 用高能粒子束辐照高温高压纳米金刚石，在经过高温退火可以产生NV（氮空位）色心，使纳米金刚石具有荧光。这种具有荧光的纳米金刚石可以用于生物成像。 （4）组织工程 组织工程学是通过构建生物相容性好的组织替代物以恢复和改善组织功能的技术。传统的人造关节涂层材料常使用金属材料，因而易产生金属过敏、排斥反应等不利于骨组织的修复和再生，纳米金刚石由于良好的生物相容性不会引起免疫排斥反应，同时具有抗菌特性，而且与传统的金属材料相比，高硬度的纳米金刚石制造的人造关节材料磨损轻微。另外，纳米金刚石还是良好的口腔材料。 三、电化学检测 纳米金刚石具有优异的电化学性能，如电势窗口宽、背景电流低、耐酸碱腐蚀、高稳定性等。近年来，关于纳米金刚石电化学性能的研究数不胜数，一般都是将纳米金刚石制作成电极，研究其对物质浓度的检测，从而使其在环境监测、生物诊断、食品等方面具有实际的应用价值。 Chemical Engineering Journal报道了金刚石电极用于多巴胺（DA）的选择性检测。研究人员将金刚石电极刻蚀成纳米孔结构，然后在孔内进一步修饰超导纳米碳黑。这种方法大大增加电极活性，同时还可以很好地通过锚定的方式固定住纳米颗粒，从而物理性地阻止纳米颗粒的团聚失效、增强电极的稳定性。最后使用离子交换膜在电极外层对DA强干扰物抗坏血酸进行排斥，最终实现DA高灵敏度的选择性检测，检测限最低可做到54nM,检测范围可达到0.1–100μM。 四、用于隐身材料 近年来，随着科学技术的发展，各种探测手段越来越先进，为什么超微粒子，特别是纳米粒子对红外和电磁波有隐身作用呢？主要原因有两点：一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外和雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波长的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很弱，从而达到隐身作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大了 3-4 个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。目前，隐身材料虽在很多方面都有广阔的应用前景，但当前真正发挥作用的隐身材料大多使用在航天航空与军事有密切关系的部件上。 五、用于抛光材料 摩擦在生活中随处可见。有的用途需要增大摩擦力，例如汽车的刹车片；有的用途则需要减小摩擦力，例如机械设备中的轴承。 在薄膜润滑研究中，发现在润滑膜中加入纳米金刚石颗粒后，产生了良好的微抛光作用。运用将纳米金刚石颗粒用于磁头表面抛光的理念，把纳米金刚石颗粒引入磁头表面抛光液中，将磁头表面粗糙度降低了50%，为降低磁头飞行高度，提高硬盘密度作出了贡献。 纳米抛光技术也逐步扩展到硅晶圆抛光、化学机械抛光（CMP）装备等。 纳米金刚石的规格 1. 纳米金刚石 粉末：5-10nm为主 2. 纳米金刚石 分散液：不超过30%浓度的纳米金刚石分散液 纳米金刚石的外观 纳米金刚石的存储 纳米金刚石应密封保存于干燥、阴凉的环境中，不宜长久暴露于空气中，防受潮发生氧化和团聚，影响分散性能和使用效果。 |
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