1.前言

       現代的科學技術通常會在交錯疊加的領域形成突破而獲得創新，對于原始的創新，很可能源自偶然發現，或隨機緣而生，科學家不懈的辛勤耕耘，則是偶然或機緣的必要前提，一切獲得的原始創新成果無不飽含耕耘者的血汗。

       納米金剛石-碳納米蔥及納米多晶PCD就是在納米尺度上多學科的交叉融合的結果。一種新的物質形式能否被應用，主要與物質本身的特性有關。對于新材料而言，具備了新特性，還需要有人認識到并進行不斷的嘗試，找到合適的市場，才能獲得認同和應用。

       2.納米金剛石

       2.1 納米金剛石的制備

       1982年前蘇聯科學院流體物理所、化學物理所最早獲得爆炸合成納米金剛石的實驗結果。1987年俄羅斯率先報道研究成功納米金剛石。1988年美國和德國的科學家報道了炸藥爆轟法制備技術。日本在1989年也報道進行了合成UFD的實驗。俄、美、日等國都于80年代末先后用爆轟法合成了納米級金剛石超細粉末。

       國內上世紀80年代后期，西南流體物理所和北理工在惲壽榕教授的帶領下率先展開了爆炸法合成金剛石的研究并取得了進展，中科院蘭州化學物理所、北理工等于90年代相繼開始研究。雖然在我國起步晚，但是發展很快，已逐步趕上國際水平。1993年蘭州化物所最早報道了這方面的工作。

       包括西北核技術所、北理工等最先對納米金剛石進行了深入研究，完善了制備方法及理論，并建立起生產線。目前，國內已建成數條生產線，并形成年產超過1億克拉的生產規模。

       2.2 納米金剛石的應用

       有人將納米金剛石的應用分為表面和核兩部分，很有道理。材料的結構、性質決定其用途，納米金剛石不但有著金剛石的綜合優異特性，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，優異的冷陰極場發射效應，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、織物表面緊密結合等等，從而為納米金剛石的應用提供技術基礎和發展空間。所以納米金剛石的應用開發都應當從這兩方面入手。

       表面性能主要利用它的納米微粒性能，即顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大以及其特有的四大效應：小尺寸效應、量子尺寸效應、量子隧道效應和表面效應。其中，表面效應包括其表面官能團的吸附；

       核的性能則主要利用金剛石的超硬性能。

       納米金剛石的應用

       ① 用于制備納米多晶燒結體；

       ② 用于化學復合鍍的添加劑；

       ③ 用于潤滑油、固體潤滑劑和潤滑冷卻液；

       優越性：(1)節約潤滑油材料。(2)摩擦動量降低20％～40％。(3)摩擦面磨損減少30％～40％。(4)摩擦副的快速磨合。納米金剛石的單位消耗：1 000 kg潤滑油中為0.01～0.20 kg；

       ④用于紅外、微波吸收材料的可能性；

       ⑤納米金剛石用于磁性錄音系統；

       ⑥用于隱身材料催化方面；

       ⑦將納米金剛石添加在橡膠、聚合物中，可改善其性能；

       ⑨納米金剛石在燃料油提高燃油的分散度和燃燒值。

       ⑩ 用于新型儲能及能量轉換材料；

       ?其它潛在的應用

       ⑴俄羅斯和英國學者共同發現，納米金剛石灰色粉末在潮濕環境中，其介電常數增加18個數量級，這是包括鐵電體在內所有材料中的最高紀錄。學者們認為，可能是水分子吸附了納米金剛石表面的酸基團，導致質子分離并進一步帶來介電常數的急劇變化。

       ⑵俄羅斯的研究人員用碳離子的短脈沖波作用于硅，首次研究成功在其他物質表層內部合成納米金剛石粒子的方法。這種方法在半導體照明產業甚至整個半導體工業具有很好的應用前景。這種合成方法不僅可以通過硅實現，也可以在其他物質內部實現。

       ⑶通過聚四氟乙烯中添加納米金剛石-炭黑-云母，制備高分子耐磨涂層；

       ⑷熒光效應及其在醫學影像領域的應用-氮-空位(NV)效應。

       ⑸在熱流體中的應用。僅0.1%的濃度即可提高換熱效率70%，溫度越高則效率越高。        3.碳-納米蔥

       3.1 碳納米蔥的發現

       碳納米蔥是富勒烯家族中的一員，它是由多層同心碳球組成的三維封閉結構的碳質顆粒，外表呈多面體結構，內部形如洋蔥。

       Iijima S. Direct observation of the tetrahedral bonding in graphitized carbon black by high resolution electron microscopy. Cryst Growth, 1980, 50: 675-683.

       Ugarte D. Curling and closure of graphific networks under electron beam irradiation. Nature, 1992, 359:707-708.

       3.2 碳納米蔥的形貌與結構        這種球形富勒烯結構應當是大型碳團簇中最穩定和能量最低的排列方式，主要基于以下三點：① 這種封閉結構使懸鍵得以消除；② 球形結構使石墨片層彎曲產生的應力均勻分布。反之，石墨片層的應力將大量集中于多邊形頂部或角部；③ 這種結構使殼與殼之間的范德華力最優化。