1. 前言 自从1982年前苏联科学家采用爆轰法合成纳米金刚石以来，由于纳米超细金刚石(Ultra-fine Diamond,简称UFD)具有其他纳米固体粒子所不具备的高硬度﹑高的导热性﹑高的耐磨性﹑极佳的化学稳定性，所以纳米金刚石方面的研究一直是当前的研究热点。 目前对纳米金刚石的提纯工艺已经非常的成熟，通过液相氧化法和气相氧化法的纯化处理可以得到纯度超过95%以上的超细金刚石粉[1-2]。但在实际应用中并没有得到大量的应用，这主要是因为纳米金刚石具有很高的比表面能，处于一种热力学不稳定状态，在爆轰金刚石的合成和后处理的过程中都容易形成团聚体。在制备悬浮液体系中，纳米金刚石的团聚也很严重，会发生明显的絮凝和沉降。所以纳米金刚石的解团聚及其在不同介质中的分散是一个技术的瓶颈。 对于这一技术难题，国内外的很多研究人员做了大量的工作，得出了非常有益的经验。本文将从纳米金刚石悬浮液的分散原理和制备方法两个方面进行综述。 2. 悬浮液的分散原理 超细粉体在液相中的分散包括三个阶段：1颗粒在液相中的润湿过程；2团聚体在外力的作用下被打散，形成单个的小颗粒或很小的团聚体的过程；3单个颗粒或小团聚体的分散稳定，防止再次的团聚沉降。 悬浮液颗粒分散的两个基本原则[3]： 1润湿原则就是颗粒必须被液体介质润湿，从而能很好的浸没在液体介质中。选择分散介质的基本原则是粉体颗粒易于在非极性分散介质中分散，极性粉体颗粒易于在极性分散介质中分散，即所谓的极性相同原则。 Voznyakovskii A P等[4]认为介质的极性对纳米金刚石颗粒的悬浮的稳定性和介质中的粒度分布都有很大的影响，在不同的介质中，如果介质的极性越小，则悬浮液中的颗粒的分散性就越差。同时，在介质的调整组时，向较小极性的介质中添加较大极性的物质，将有利于纳米金刚石在介质中的稳定分散 2表面张力原则就是颗粒之间的总表面力必须是一个较大的正值，从而使颗粒之间的相互排斥力足够强从而防止颗粒相互接触而团聚沉降。 3. 纳米金刚石的分散技术 爆轰的纳米金刚石的化学成分除了碳，还包含大量的其他原子，一般纳米金刚石的组成元素主要有85%左右的碳﹑10%左右的氧﹑1%左右的氢﹑2%左右的氮以及其他元素，而金刚石表面的官能团主要为羧
?材料? 纳米金刚石薄膜的制备3 杨保和33,崔 建,熊 瑛,陈希明,孙大智,李翠平 (天津理工大学光电信息与电子工程系,薄膜电子与通信器件天津市重点实验室,天津300191) 摘要:采用微波等离子体化学气相沉积系统,利用氢气、甲烷、氩气和氧气为前驱气体,在直径为5cm的(111)取 向镜面抛光硅衬底上沉积出高平整度纳米金刚石薄膜。利用扫描电镜、X射线衍射谱和共焦显微显微拉曼光 谱我们分析了薄膜的表面形貌和结构特征。该薄膜平均粒径约为20nm。X射线衍射谱分析表明该薄膜具有 立方相对称(111)择优取向金刚石结构。在该薄膜一阶微显微拉曼光谱中,1332cm-1附近微晶金刚石的一阶 特征拉曼峰减弱消失,可明显观测到的三个拉曼散射峰分别位于1147cm-1、1364cm-1和1538cm-1,与己报导 的纳米金刚石拉曼光谱类似。该方法可制备出粒径约为20nm粒度分布均匀致密具有较高含量的sp3键的纳 米金刚石薄膜。 关键词:纳米金刚石薄膜;微波等离子体化学气相沉积 中图分类号:O484.4 文献标识码:A 文章编号:100520086(2008)0520625203 T he fab rication of nano2di amond substrate for SA W d evice in high frequ ency and pow er Y ANG Bao2he33,CUI Jian,XIONG Y ing,CHEN X i2ming,SUN Da2zhi,LI Cui2ping (Dept.of Opt.Electronic Information and Electronic Engineering,Tianjin University of T echnology,Tianjin K ey Lab.of Film Electronic&C ommunicate Devices,Tianjin300191,China) Abstract:A novel method to nano2diam ond films is provided.Nano2diam ond film has been prepared on(111)m irror polished Si substrate by m icrowave plasma chem ical deposition system with m ixture gases of H2,CH4,O2and Ar.C ombined SEM, golden phase micro2pictures,XRD spectrum and micro2Raman spectrum the morphology and structure of the film are charac2 terized.It is found that the film has uniform particle size and the average size,of diam ond particles is about20nm.According to the XRD spectrum,the film is cubic structure(111)diamond.And the only allowed Raman band in the first2order dia2 m ond spectrum near1332cm-1decreases and can′t be observed in the micro2Raman spectrum of the film.Three Raman band near1147cm-1,1364cm-1and1538cm-1lie in the spectrum which are sim ilar to the reported nano2diam ond films. 20nm plain diam ond film with high concentration of sp3is obtained by this method. K ey w ords:nano2diamond film;micowave plasma chemical vapor deposition 1 引 言 当今世界,电子和光电子产品正迅速朝着速度更快、体积更小、功率更高的方向发展。但是小体积、高功率的电子和光电器件由于会在小面积上产生大量的热(有时高达几个kW/ cm2)而导致出现一个极大的热通量,如果不能迅速降温散热器件就容易出现问题。金刚石具有所有物质中最高的热导率,最好的化学稳定性和抗各种辐射能力等,这使它成为具有广泛应用前景的新型薄膜功能材料[1～5]。 然而,作为实用的薄膜功能材料往往需要薄膜有很好的平整度。由于金刚石晶体生长特点是呈笋状生长,所以具有一定厚度的高平整度的微晶金刚石薄膜的制备难度很大[3]。另外,考虑到微晶金刚石的硬度和粗糙度,抛光过于昂贵和消费时间。所以也有必要探索自然生长具有光滑表面的薄膜。纳米金刚石膜致密光滑,缺陷和晶界尺度远小于微米量级,具有与金刚石微晶近似的较高的弹性模量,是非常优异的声表面波基底材料[2,4,5];另外,由于纳米金刚石的沉积方法是通过减少反应气体中刻蚀气体氢气的比重,增加反应中碳的二聚物C2,所以生长机制不同于微晶薄膜,可以制备表面平整且较厚的膜[2]。以上原因使高平整度纳米金刚石薄膜的制备成为金刚石声表面波器件研究的主要内容之一。 目前已报导的纳米金刚石膜的制备路径一方面可以通过 光电子?激光 第19卷第5期 2008年5月 Journal of Optoelectronics?Laser Vol.19No.5 May2008 3收稿日期:2006210203 修订日期:2007212218 3 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60576011);天津市自然基金重点资助项目(05YF J Z JC00400);天津市科技发展计划资助项目(06TXT JJC14701);天津市自然基金资助项目(05YF J M JC05300) 33E2m ail:bhyang207@https://www.doczj.com/doc/b512069537.html,
摘要 爆轰法是一种新颖的制备纳米材料的方法。近几十年来,许多研究工作者利用爆轰法在高温高压条件下制备出了金刚石，石墨，氮化硼等纳米材料。本文主综述了纳米石墨粉的特性、用爆轰法合成纳米石墨的机理、对于纳米石墨粉的制备工艺、对于纳米石墨粉XRD及拉曼的测试分析结果，并且提出了对于这种新材料在未来的应用前景。 关键词：爆轰法，纳米石墨粉，XRD和拉曼测试，应用前景
Abstract As a novel method, detonation method has been used to prepare many kinds of nanosized material, such as diamond, graphite and boron nitride in the last several decades. This article mainly reviewed the mechanism, the summary of the synthesis processes, the properties of nanosized Graphite via detonation method, the analyzed results with XRD and Raman. Finally, there are some suggestions and the in-depth research or prospects on applications of detonation method and nanosized Graphite. Keywords：Detonation method, Nanosized Graphite, The test with XRD & Raman, The prospects of the nanosized Graphite
第二篇金刚石工具用金刚石 第二章金刚石微粉 （作者汪静） 2.1 概述 金刚石微粉的种类很多，用低强度的人造金刚石为原材料，经过破碎、提纯、分级等工艺生产的金刚石微粉是最常见的品种。这类产品涵盖了几十纳米到几十微米的粒度范围，产品性价比高，目前占据金刚石微粉的大部分市场份额。随着应用领域的不断拓展，根据用途不同，市场上出现了多种类别的金刚石微粉。 按照原材料来源不同，可分为天然金刚石微粉和人造金刚石微粉。不能用于珠宝首饰加工的低品级天然金刚石，可以经过球磨破碎生产出金刚石微粉，用于工业研磨抛光，如宝石、精密零件等的后期加工。随着工业的快速发展，研磨抛光领域对金刚石微粉的需求量急剧增加，天然金刚石微粉的产量远远满足不了市场需求。人造金刚石的出现解决了这一问题，它为金刚石微粉提供了充足的原料。据统计2008年国内金刚石产量为50多亿克拉，金刚石微粉的产量约为3亿克拉。人造金刚石微粉在硬、脆材料的磨削方面有着广泛的应用。作为粉体材料可用于多种天然宝石、人造宝石、玻璃、陶瓷等材料的磨削抛光。制成研磨液、研磨膏可用于半导体材料如硅片、蓝宝石晶片等元件的切削和研磨抛光。还可以做成多种制品，如精密砂轮、金刚石复合片、精磨片、拉丝模等。可用于金加工、地质钻探、光学玻璃加工、金属丝线生产等众多领域。 根据原材料金刚石强度高低，可分为高强度金刚石微粉和低强度金刚石微粉。前者是采用高强度金刚石为原材料生产的微粉，微粉单颗粒强度高、内部杂质含量低、磁性低。后者以低强度金刚石为原材料，产品自锐性好。 依据金刚石晶体结构不同可分为单晶金刚石微粉（如图2-1）和多晶金刚石微粉（如图2-2）。单晶金刚石微粉是用单晶金刚石为原材料生产的金刚石微粉，其颗粒保留了单晶金刚石的单晶体特性，具有解理面，受到外力冲击的时候优先沿解理面碎裂，露出新的“刃口”。多晶金刚石微粉是由直径5-10nm的金刚石晶粒通过不饱和键结合而成的微米和亚微米多晶颗粒，内部各向同性无解理面，具有很高的韧性。由于其独特的结构性能，常用于半导体材料、精密陶瓷等的研磨和抛光。 另外还有爆轰法生产的纳米金刚石（如图2-3），这类金刚石是由负氧平衡炸药内部多余的碳原子在适当的爆轰条件下合成的，由5-20纳米粒径的金刚石晶粒组成的二次团聚体，粉体外观一般为灰黑色。纳米金刚石具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和导热性，可用于硬盘、半导体等的精密抛光，可以作为润滑油添加剂，显著提高润滑油的润滑性能，减少磨损，可以添加到橡胶和塑胶中强化产品性能，还可以作为优良的功能材料涂覆到金属模具、工具、部件等表面，增强表面硬度、耐磨性、及导热性能，延长使用寿命。
金刚石薄膜的性能研究 金刚石薄膜的应用 由于金刚石的优异性质，加上CVD法大大降低了金刚石的生产成本而CVD金刚石薄膜的品质逐渐赶上甚至在一些方面超过天然金刚石而使得金刚石薄膜广泛地用于工业的许多领域： 1 工具领域 随着汽车、航空和航天工业的发展以及对材质轻量化、高比强度的要求日益提高，有色金属、碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GFRP）、纤维增强金属（FRM）以及石墨、陶瓷等新材料在工业中的应用日益广泛，因而对加工这些材料的刀具提出了更高的要求，金刚石的高硬度，耐磨损，高热导，低热膨胀系数，低摩擦系数，化学惰性等优点使得金刚石是加工非铁系材料的理想工具材料。HTHP金刚石在二十世纪60年代就被用于刀具领域，但由于其制备工艺复杂，价格昂贵，刀具种类受限而限制了其在工业上的广泛应用；将金刚石薄膜直接沉积在刀具表面，能极大地延长刀具的使用寿命，加工质量也大为提高。 2 热沉领域 目前国内半导体功率器件采用铜作热沉，在同时要求绝缘的场合采用氧化铍陶瓷。但氧化铍在制备过程中有剧毒物质产生，在发达国家已禁止使用。金刚石在室温下具有最高的热导率，是铜、银的5倍，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热材料 采用金刚石热沉（散热片）的大功率半导体激光器已经用于光通信,在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等方面都有应用；金刚石热沉商品也已在国外市场出现。金刚石热沉的另一应用前景是用于正在发展之中的多芯片技术（MCMs，Multi Chip Modules）,这一技术的目标是把许多超大规模集成电路芯片以三维的方式紧密排列结合成为超小型的超高性能器件，而这些芯片的散热则是该技术的关键，显然金刚石薄膜是解决这一技术难题最理想的材料。 3 光学应用领域 金刚石的光学吸收在0.22μm左右，相当于真空紫外光波段，从此位置直到毫米波段，除位于～5μm附近由于双声子吸收而造成的微弱吸收峰（吸收系数～12.3cm-1）外，不存在任何吸收峰。 金刚石膜作为光学涂层的应用前景非常好。在军事可用作红外光学窗口和透镜的涂层。在民用方面可用作在恶劣环境（如冶金，化工等）下工作的红外在线监测和控制仪器的光学元件涂层。CVD金刚石膜通常沉积温度在800～1000℃左右,大多数光学材料衬底都不允许在这样高的温度下沉积金刚石膜,因此在低温下沉
化学气相沉积法制备超纳米金刚石薄膜＊ 王玉乾1,王 兵1,孟祥钦1,甘孔银2 (1 西南科技大学材料学院,绵阳621010;2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,绵阳621900) 摘要 采用微波等离子体化学气相沉积法,利用CH 4、SiO 2和A r 的混合气体在单晶硅片基底上制备出高质 量的超纳米金刚石薄膜。表征结果显示,制备的薄膜致密而均匀,晶粒平均尺寸约7.47nm ,表面粗糙度约15.72nm ,并且其金刚石相的物相纯度相对较高,是质量优异的超纳米金刚石薄膜材料。 关键词 微波等离子体 化学气相沉积 超纳米金刚石薄膜 中图分类号:0484 文献标识码:A Preparation of Ultrananocrystalline Diamond Film by Chemical Vapor Deposition WANG Yuqian 1 ,WANG Bing 1 ,M ENG Xiangqin 1 ,G AN Kongyin 2 (1 Schoo l o f M aterials Science and Engineering ,So uthw est U niver sity o f Scie nce and T echno lo gy ,M iany ang 621010; 2 Institute of A pplied Electro nics ,CAEP ,M ia ny ang 621900) Abstract High -quality ultrananocry stalline diamo nd film is prepa red o n single cry stal Si with A r ,CH 4,CO 2u -sing micro wav e plasma chemical vapo r depositio n (M PCV D )technolo gy .T he results show tha t the high -quality thin film is compact a nd ho moge neous ,and its av erage cr ystalline g rains and surface ro ug hne ss are nearly 7.47nm and 15.72nm ,respective ly .A nd the film aslo has a higher diamo nd phase purity .Key words microw ave plasma ,CV D ,ultrananocry stalline diamo nd film ＊国家自然科学基金(10876032);国家863计划强辐射重点实验室基金(20070202) 王玉乾:男,1983年生,硕士生,研究方向:功能薄膜材料 E -mail :wangy uqian83@163.co m 王兵:通讯作者,1967年生,博士,副 研究员,研究方向:功能材料 E -mail :w ang bin67@https://www.doczj.com/doc/b512069537.html, 0 引言 近年来,在纳米金刚石薄膜研究领域出现的一个新概念越来越引起人们的注意———超纳米金刚石薄膜,它是为了区别粒径尺寸在几十到几百纳米之间的纳米金刚石薄膜而提出的一个全新概念。首先它的粒径尺寸一般在3～10nm ,且晶粒大小不受薄膜厚度的影响(纳米金刚石薄膜的粒径一般随着薄膜厚度的增加而增大,当薄膜厚度达到1μm 左右时,变成微米金刚石薄膜);另外它的制备工艺条件也不同于一般纳米金刚石薄膜,是由Ar 、H e 等稀有气体与碳源在一种 少氢的环境中通过各种工艺制备而获得的[1-6] ;而且超纳米金刚石薄膜除了具备微米和纳米金刚石薄膜所具有的优异的物理化学性能外,还具有更优异的表面性能(如低的表面粗糙度、摩擦系数和粘附性能等),同时还具有优异的电学性 能(如场发射性能等)[2-6] 。 相比于国外对超纳米金刚石研究的逐渐深入,国内对此方面的研究则相对较少[6],对于超纳米金刚石薄膜的制备,特别是利用微波等离子化学气相沉积法制备超纳米金刚石薄膜的研究国内还未见报道。因此,本实验详细探讨了利用微波等离子体化学气相沉积法制备高质量的超纳米金刚石薄膜的过程,并利用扫描电镜(SEM )、原子力显微镜(AFM )及拉曼光谱(Ram an )对制备的薄膜进行了相关的表征。 1 实验 1.1 实验装置 在自行研制的石英钟罩式M PCVD 装置上制备超纳米 金刚石薄膜,其主要结构如图1所示,微波频率2.45GH z ,额定功率1.5kW ,采用红外测温仪测量样品温度。 图1 石英钟罩式MPCVD 装置的结构简图Fig .1 S tru ct ural sketch of bell jar -typ e MPCVD setup 1.2 实验工艺 要制备高质量的超纳米金刚石薄膜,必须在沉积初期具有很高且均匀的成核密度[7]。为此实验采用对10m m ×10mm 镜面抛光的n 型Si (100)单晶基片两步机械研磨预处理方法来增强成核:先用粒度为0.5μm 的金刚石微粉对基片 · 54·材料导报:研究篇 2009年7月(下)第23卷第7期
2014年第2期甘肃石油和化工2014年6月爆轰法制备纳米超微金刚石的最新进展 刘世杰 （甘肃兰金民用爆炸高新技术公司，甘肃兰州730020） 摘要：近年来，纳米金刚石性质的研究和功能开发利用已经成为热门，但由于我国在该领域的 研发起步晚、条件差等客观因素的存在，虽取得了一些成绩，但是与其它国家相比，依然整体处 于落后水平。本文主要综述了爆轰法合成纳米超微金刚石的发展历程、制备方法、工艺条件、发 展趋势并对存在的一些问题提出了建议。 关键词：炸药；爆轰；纳米金刚石；石墨；发展前景 1前言 纳米超微金刚石（Ultrafine Diamond，缩写为UFD）是一种颗粒尺寸和形状特异的工业金刚石，这类金刚石的颗粒尺寸在0.5-10.0nm之间，平均尺寸为4-5nm，大部分颗粒尺寸在2-8nm之间［1］。UFD既有金刚石的特性，又具有纳米材料的特性，因此它的应用领域极其广泛。目前，人们对纳米材料的研究已经渗透到许多研究领域。纳米结构材料的研究已成为跨世纪材料学的研究热点，这种材料被誉为“21世纪最有前途的功能材料”。通过结合应用需求进行金刚石颗粒与形貌的再加工、表面官能化，实现颗粒在应用介质中的均匀与稳定分散，是金刚石纳米晶的应用基础。在这个基础上开展研究，有利于发挥金刚石粉体的优良性能，并推动这种粉体材料在高端技术领域的应用。纳米金刚石在高强、耐磨纳米复合材料，高精密研磨抛光，纳米流体，纳米润滑和生物医药等领域都有较好的表现。它的制备技术有石墨高压相变法、等离子体化学气相沉积法［2］、冲击波压缩技术、催化热解法、静态高压高温合成法、动态超高压高温合成法、低压气象沉淀法以及20世纪80年代新出现的炸药爆炸法。 2爆轰法制备纳米超微金刚石 2.1爆轰法制备纳米超微金刚石 爆轰合成纳米金刚石通常采用梯恩梯（ＴＮＴ）和黑索金（ＲＤＸ）炸药为原料，并在１个充有惰性介质的密闭容器中进行爆轰反应，使未被氧化的自由碳原子在瞬时超高温高压作用下转变为纳米金刚石。陈鹏万等［3］采用注装ＴＮＴ／ＲＤＸ（５０／５０）混合装药，爆炸前在爆炸容器中充惰性保护气体或者在药柱外包裹有保压和吸热作用的水、冰或热分解盐类，收集爆炸后得到的黑粉，用强氧化剂除去其中的石墨、无定型碳等非金刚石相杂质，清洗、烘干后便可得到浅灰色纳米金刚石粉末（ＵＦＤ）。利用爆炸法制备的超细金刚石采用浓硝酸和浓硫酸混合液的沸腾处理及氢氟酸水浴处理后，除了残留极少量无定形碳外，基本除去了超细金刚石以外的杂质。 2.2爆轰法制备纳米金刚石合成机理 纳米金刚石生成机理的探讨随着纳米金刚石的生产研究同时进行。周刚博士提出了“碳液滴”模型，认为碳元素在爆轰环境中被还原成碳原子，未被氧化的部分经过聚集、晶化等形成金刚石［4］；李世才提出了纳米金刚石的尺寸由爆温限制［5］；陈权博士提出爆轰产物中石墨要在爆轰反应区中和 收稿日期：2014-06-20 作者简介：刘世杰（1986-），男，甘肃白银人，助理工程师，现从事高能气体压裂技术服务及爆破工作。
纳米金刚石薄膜的性能研究 摘要：纳米金刚石薄膜的优异性能吸引了众多学者的关注，同时也成为CVD金刚石薄膜研究领域的新热点。它在很多领域都具有极好的应用前景，是我们将来生活中不可或缺的一种薄膜材料。本文简单介绍了纳米金刚石薄膜的一些应用，并主要从光学、力学和电学的角度对其性能做了详细阐述。 关键词：纳米金刚石薄膜性能 Properties of Nanocrystalline Diamond Films Abstract：The excellent properties of nanocrystalline diamond films are of interest for many researchers and have become a new hot point in the development of diamond films prepared by chemical vapor deposition. It has good prospects in many fields, and became an indispensable film material of our lives. The paper introduced briefly the applications of nanocrystalline diamond films, while its properties were described in detail mainly from the optical, mechanical and electrical points. Keywords：nanocrystalline diamond films properties
第29卷第1期爆炸与冲击V o l.29,N o.1 2009年1月E X P L O S I O N A N DS HO C K WA V E S J a n.,2009 文章编号:1001-1455(2009)01-0041-04 硝酸铈爆轰制备球形纳米C e O 2颗粒* 杜云艳,李晓杰,王小红,闫鸿浩,孙贵磊,江德安 (大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116023) 摘要:以硝酸铈为原料,利用爆轰合成方法制备了C e O2纳米粒子三采用X R D和T E M对爆轰产物进行了检测和表征,并考察了尿素和亚硝酸钠对爆轰产物形貌的影响三3次实验结果表明,实验所得的C e O2晶体均为立方莹石结构,粒径分别为45二64二33n m三比较发现:混合炸药中加入尿素后,颗粒外观呈球形;混合炸药加入亚硝酸钠后,颗粒直径较小三 关键词:爆炸力学;纳米C e O2;爆轰合成;硝酸铈;尿素 中图分类号:O389;O614.33;T F123.7国标学科代码:130四35文献标志码:A 1引言 纳米C e O2具有广泛的用途[1],可以用于抛光二汽车尾气净化二作为发光材料二电子陶瓷等三其中球形纳米二氧化铈由于具有化学反应和机械研磨的双重抛光作用,因而抛光速度快,对晶面伤害小而在研磨磨料中具有重要的地位[2]三目前制备纳米C e O2的方法有很多,但制备球形纳米二氧化铈的报道并不多见三现有的制备球形纳米C e O2的方法有机械活化法[3]二水热晶化法[4]二喷雾燃烧法[5]三机械活化法因为有高温煅烧过程,粒子容易团聚,分散性差;水热晶化法要用到高压反应釜设备,投资大;喷雾燃烧法设备要求高,产量低;所以有必要进一步探索新的合成方法三 考虑到爆轰合成具有工序简单,爆轰时易于生成纳米球形颗粒[6-8]的特点,本文中选用较廉价的硝酸铈作为C e O2前驱体,采用爆轰合成的方法,对合成球形纳米C e O2进行了初步探索三以下共有3个实验,实验1只采用硝酸铈和泰安炸药两种成分,以确定未添加物时的爆轰合成效果三由文献[8]可知,在当采用硝酸铝和尿素混合后,再与黑索金制成混合炸药,爆轰后,所得纳米氧化铝外观呈球形,所以实验2中加入了尿素,以观察尿素可否对球形纳米C e O2的形成也起作用三由文献[3]可知,在碳酸铈的球磨过程中,加入氯化钠,可以起到助磨和阻聚的作用;考虑到若是在混合炸药中加入氯化钠,是否也能在纳米C e O2的生成过程中起到阻聚的作用?但是由于氯离子有强烈的腐蚀作用和毒副作用,所以本文中选用亚硝酸钠,因为亚硝酸钠在高温下会分解生成碳酸钠,而且亚硝酸钠是氧化剂,可以补偿炸药的负氧平衡,故在实验3中加入了亚硝酸钠三 2实验 2.1爆炸合成方法与检验方法 将预制好的药柱利用吊线悬挂在爆炸容器中心,如图1所示,然后接好导线,将爆炸容器密封好,用电雷管将药柱引爆三爆轰反应后,待纳米C e O2沉淀完毕,利用左侧的排气孔将废气排出,然后打开右侧的罐盖,收集爆炸罐内壁及底部沉淀的纳米C e O2粉末三采用X R D-6000型X射线衍射仪分析样品粒子的晶型和晶粒度,测定条件为C u靶(Kα,λ=0.15406n m),管电压40k V,管电流30m A,扫描速度4?/m i n,扫描范围20?~100?;采用J E M-100C XⅡ型透射电镜分析样品粒子的形貌及大小三 *收稿日期:2007-09-24;修回日期:2007-12-03 基金项目:国家自然科学基金项目(10572034,10602013) 作者简介:杜云艳(1981 ),女,硕士三
纳米金刚石镀膜百科名片 纳米金刚石镀膜，是一种源于太空技术的镀膜技术。该技术生产的纳米级非晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米，金刚石结构SP3的含量超过80％。这样的薄膜具有天然金刚石的许多优异特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点，薄膜还具有无色透明，对材质的光学特性基本不产生影响。 纳米金刚石镀膜的发展及应用 太空技术基于金刚石诸多优异的力、热、光、电等性质，优良的化学惰性，以及很好的热稳定性等，在机械、光学、电子学及声学等领域都有着广阔的应用前景，但是由于其数量稀少且价格昂贵，早期在现实中的应用是十分有限的。 上个世纪80年代初苏联的Spitsyn 和日本的Matsumoto 等人发明了低压气相合成金刚石膜技术，用该种方法制备的金刚石薄膜，其性能接近天然金刚石（钻石），因而金刚石薄膜一经问世就迅速达到商业化应用的水平，从而在世界范围内掀起了研究金刚石薄膜的热潮。 经过20 多年的研究，金刚石薄膜在机械加工领域已经获得成功应用，尤其是在切削领域，如使用金刚石薄膜后的刀具可显著延长使用寿命。
随着光学玻璃抛光工艺不断向前发展，对抛光材料的选取有了新的要求，纳米金刚石具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等优点，具备良好的磨削性能因而金刚石薄膜又被逐渐应用于精细抛光等领域，最早被应用于金属上。 近年来，该技术被发掘应用于饰品领域，对钻石离子进行迁移和融合，在顶级切磨工艺的优质立方氧化锆表面覆上一层纳米级钻石涂层，使之呈现出天然钻石般的璀璨光彩和硬度，生产出高品质八心八箭的优质混合型钻石，价格却远远低于天然钻石，而99%经验丰富的珠宝商都无法用肉眼分辨出这种钻石与天然钻石。在这项尖端的引领下，以宝施奥钻为代表的新型钻石正在掀起一场钻石界的革命。 纳米金刚石镀膜的特性 1、高硬度，国内国际的多项测定表明，纳米压入仪测定的硬度达到80GPa （HV8000）,经由纳米金刚石镀膜的工具及产品，硬度远远大于未经镀膜的；
助锨财抖２００６年第１１期（３７）卷硫酸亚钛爆轰制备纳米Ｔｉ０２粒子。 曲艳东，李晓杰，张越举，孙贵磊，王小红 （大连理工大学工程力学系工业装备与结构分析国家重点实验室，辽宁大连１１６０２３） 摘要：以硫酸亚钛，氨水，硝酸铵和黑索金炸药为主要原料，结合沉淀法和爆轰技术对爆轰合成纳米二氧化钛进行了研究，同时利用Ｘ射线粉晶衍射仪（ＸＲＤ）和高分辨透射电子显微镜（ＨＲＴＥＭ）等对爆轰灰及经过在空气中５００℃，ｌｈ处理后的爆轰灰进行测试分析，结果表明：收集的爆轰灰是以金红石和锐钛矿相的二氧化钛为主粒径为（３０士１０）ｎｍ的球形超微粉，同时含有少量的杂质（Ｔｉ，ｏ。。和Ｃ），经过５００℃，１ｈ的热处理除杂后，制备的二氧化钛纳米粉末仍为金红石和锐钛矿相组成的混晶，金红石相和锐钛矿相的相对含量比为９：１，二氧化钛晶粒有轻微长大现象。 关键词：爆轰法；沉淀法；光催化剂：纳米Ｔｉｏｚ 中图分类号：ＴＢ３４文献标识码：Ａ文章编号：１００１—９７３１（２００６ｌｌｌ一１８３８—０３ １引言 近几十年来，利用半导体材料催化氧化环境中的污染物的研究引起了研究者的广泛关注［１］。其中比较广泛研究的半导体光催化剂主要有ＴｉＯ。、ＰｂＳ、ＣｄＳ、Ｓｎ０２、Ｚｎ０、Ｍ００３、ＳｒＴｉ０３、Ｖ２０５、Ｗ０３和ＭｏＳｉ２等。在这些半导体催化剂中Ｔｉ０２、ＣｄＳ和ＺｎＯ的催化活性最高，但是ＣｄＳ、Ｚｎ０在光照射时不稳定，光阳极腐蚀而产生的Ｃｄ抖、Ｚｎ２＋对生物有毒性，对环境有害。二氧化钛光催化材料以其价廉无毒、物理化学性能稳定、氧化性强和催化活性高的特点成为了一个人们关注的焦点。二氧化钛具有广泛的应用前景，因此其微粉和纳米粉体的制备研究也比较广泛。目前关于二氧化钛的制备研究已经有很多种合成方法，其中常用的如：水解法［２１、溶胶一凝胶法［３｜、水热法‘引、沉淀法‘引、微乳液反应法［６３等。常用的二氧化钛前驱体是钛醇盐，如钛酸丁酯Ｈ］，钛酸乙酯［７３和钛酸四异丙酯皿３；除醇盐外，四氯化钛［２．６］，硫酸氧钛【９３或硫酸钛［１０３等也用来制备二氧化钛微粉，纳米粉体和薄膜。但是目前这些制备技术还主要是处于实验研究阶段，真正应用于工业化生产之中还是比较少。目前工业中生产二氧化钛微粉主要是以金红石矿、锐钛矿、板钛矿、钛铁矿以及钛渣为主要原料利用硫酸法和氯化法制备［１¨。硫酸法是应用最早并且现在还一直沿用的方法，但是它对废酸和排出的废气等公害处理的设备需要很高的费用，同时实现连续操作方面尚待改进；而氯化法是一种直到２０世纪５０年代后期才开始实现工业化的新方法，它主要是用来生产锐钛矿和金红石相的混晶粉体。如何制备高性能的二氧化钛纳米晶，特别是探询适合工业化大规模生产应用的超细二氧化钛制备方法，仍然是一个重要的研究课题。本文以硫酸亚钛为主要原材料，加入适量的添加剂（ＮＨ。?Ｈ：Ｏ，ＮＨ。ＮＯ。），结合沉淀法和爆轰技术利用黑索金（ＲＤＸ）炸药进行了爆轰合成纳米二氧化钛的研究，并对原始的爆轰灰以及热处理后的爆轰灰的粒径及晶相采用Ｘ射线衍射分析测定，其粒径分布以及形貌采用高分辨透射电镜（ＨＲ—ＴＥＭ）进行了性质表征。爆轰法制备纳米粉体具有生产设备低廉，生产工艺比较简单，生产成本低，污染小，易于控制等优点，它有望成为一种适于工业化生产的制备纳米材料的合成方法。据我们所知，迄今为止，除了我们研究室利用工业偏钛酸进行爆轰法制备纳米二氧化钛［１幻的实验研究外，国内外尚没有它科研单位报道过利用其制备超细二氧化钛粉体。但是工业偏钛酸制备的二氧化钛粉体颗粒大小不均匀，无规则的几何形状，团聚现象比较严重［１２１。本文利用爆轰法以硫酸亚钛为前驱体，制备出了的粒径为（３０±１０）ｎｍ的球形二氧化钛超微粉体，颗粒分布比较均匀。 ２实验 ２．１化学试剂 硫酸亚钛（Ｔｉ：（ＳＯ。）。，ＣＰ，上海南汇营房化工厂）、氨水（ＮＨ。?Ｈ。Ｏ，ＡＲ，河北冀州东风福利化工有限公司）、硝酸铵（ＮＨ。ＮＯ。，ＡＲ，天津市幅晨化学试剂厂）和ＲＤＸ（Ｃ。Ｈ。Ｎ６０。）。 ２．２试验设备 用ＴｅｃｎａｉＧ２２０ｓ－Ｔｗｉｎ型高分辨透射电镜对样品颗粒的形貌及大小进行分析；采用ＸＲＤ６０００型Ｘ射线衍射仪对粒子的晶型进行分析，测定条件：Ｃｕ靶（Ｋａ，Ａ＝ｏ．１５４０６ｎｍ），管电压为４０ｋＶ，管电流为３０Ａ，扫描速度为４。／ｍｉｎ，扫描范围为２０～８０。。 ２．３制备过程 按照比例分别量取一定量的去离子水和硫酸亚钛（Ｔｉｚ（ＳＯ。）。）溶液，然后将此溶液稀释成一定浓度的溶液，再向稀释的溶液中慢慢加入适量的浓氨水，不断搅 －基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０１７２０２５，１０５７２０３４）；辽宁省自然科学基金资助项目（２００４２１６１）收到初稿日期：２００６一０６一０５收到修改稿日期：２００６一０８－２ｌ通讯作者：李晓杰 作者简介：曲艳东（１９７８一）．男（蒙古族），河北承德人．博士研究生，师从李晓杰教授，从事爆轰合成纳米无机材料研究。 万方数据 万方数据
纳米金刚石的激光分散及发光机理 本文尝试使用爆轰法纳米金刚石为原料,通过对其进行解团聚、有机物分子表面修饰以制备分散性良好的荧光碳纳米颗粒。爆轰法纳米金刚石具有来源广泛的优点,可以实现荧光纳米颗粒的大量制备。同时本文对已有报道的荧光碳纳米颗粒的荧光发光机理进行了初步解释。研究发现,爆轰法纳米金刚石存在着严重的团聚现象。仅单一地使用浓硝酸等氧化性酸对其进行回流处理的化学方法不足以使其完全分散在水中,只能达到减小团聚的效果。而通过激光烧蚀法处理,利用烧蚀过程产生的高温高压等物理作用则可以使爆轰法纳米金刚石在水中达到完全分散。为达到对纳米金刚石进行有机物分子表面修饰的目的,本实验尝试使用混合氧化性酸回流的方法对纳米金刚石表面进行氧化,增加表面的-COOH含量,以进一步进行修饰。结果发现经过混酸回流,纳米金刚石的表面-COOH含量并没有增加,无法进行进一步修饰。因此,在本实验范围内,爆轰法纳米金刚石不适用于通过表面有机物修饰的方法制备荧光碳纳米颗粒。本文通过对已被报道的荧光碳纳米颗粒的发光特点进行总结,并与有机化合物和半导体量子点的荧光的发光机理和发光特点进行比较,对荧光碳纳米颗粒的荧光发光机理进行了初步解释。认为荧光碳纳米颗粒的发光机理与有机化合物的发光机理相接近,为荧光基团与碳纳米颗粒表面的共轭结构相互作用产生荧光。 同主题文章 [1]. 国内首家纳米金刚石生产线建成' [J]. 天津冶金. 2001.(03) [2]. 王光祖,张运生,郭留希,赵清国,刘杰. 纳米金刚石的应用' [J]. 金刚石与磨料磨具工程. 2003.(04) [3]. 王光祖,胡建根,罗明. 纳米级金刚石的结构、性能与应用' [J]. 金刚石与磨料磨具工程. 2000.(05) [4]. 军工民品科技信息' [J]. 新技术新工艺. 2005.(04) [5]. 纳米金刚石多元复合镀' [J]. 珠宝科技. 2004.(01) [6]. 纳米金刚石复合涂层技术实现产业化应用' [J]. 电镀与涂饰. 2006.(03) [7]. 朱永伟,王柏春,陈立舫,许向阳,沈湘黔. 纳米金刚石的应用现状及发展前景' [J]. 材料导报. 2002.(12)
第28卷第4期 武 汉 化 工 学 院 学 报 V ol.28 N o.42006年07月 J . W uhan Inst. Chem. Tech. Jul. 2006 文章编号:10044736(2006)04005705 微波CV D 法低温制备纳米金刚石薄膜 满卫东 1,2 ,汪建华1,王传新 1,2 ,马志斌1,王升高1,熊礼威 1 (1.武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室, 湖北武汉430074;2.中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥230031) 摘 要:利用甲醇和氢气的混合气体,用微波等离子体CV D 方法在480℃下成功地在硅片表面制备出纳米金刚石薄膜,本文研究了甲醇浓度和沉积温度对金刚石膜形貌的影响.通过Raman 光谱、原子力显微镜及扫描隧道显微镜对样品的晶粒尺寸及质量进行了表征.研究结果表明:通过提高甲醇浓度和降低沉积温度可以在直径为50mm 的硅片表面沉积高质量的纳米金刚石薄膜,晶粒尺寸大约为10～20nm,并对低温下沉积高质量的纳米金刚石薄膜的机理进行了讨论.关键词:纳米金刚石;微波;化学气相沉积;甲醇中图分类号:O 484.1 文献标识码:A 收稿日期:20050523 基金项目:湖北省科技厅攻关计划项目(2002A A 105A 02) 作者简介:满卫东(1970),男,上海人,讲师,博士研究生.研究方向:微波法制备高品质金刚石膜的研究. 0 引 言 与其它材料相比,金刚石具有很多优异性质:所有材料中,金刚石的硬度最高,室温下热导率、声传播速度最高;耐磨性高,摩擦系数低;既是电的绝缘体,又是热的良导体,掺杂后可成为卓越的P 型或N 型半导体,禁带宽度宽,空穴迁移速率高 并有最宽的透过波段(0.225μm 至远红外)等[1] . 通常的化学气相沉积生长出的金刚石膜(简称 CVD 金刚石)是由微米级(几微米到几十微米)柱状多晶组成,表面粗糙,后续加工和进一步实用化难度很大.降低晶粒尺寸至纳米量级的金刚石,除了具有普通微米级金刚石膜的性质外,还会表现出一些新的优异性能,如高光洁度、高韧性,低场发射电压等,是一种具有广阔应用前景的新型材料 [2,3] . 用CV D 方法制备纳米金刚石薄膜(Nanocrystaline diamond,简称N CD),主要是提高金刚石的二次形核同时抑制晶粒的长大,为此研究人员进行了大量的研究:T.Sharda 等人研究了用偏压技术制备纳米金刚石薄膜[4];V.I .Konov 等人在CH 4/H 2/Ar 体系中通过提高CH 4的浓度来降低金刚石的晶粒尺寸 [5] ;一些研究人员通过 使用不同反应气体种类来制备纳米金刚石薄膜如 H 2/CCl 4[6]、C H 4/H 2/O 2[7]、N 2/CH 4/Ar [8] 等.在这 些方法中,沉积纳米金刚石薄膜的温度一般都为600～800℃,如果能在较低的温度下制备纳米金 刚石薄膜,同时能保持金刚石膜具有较高的质量,那么可以在更多的低熔点材料表面沉积纳米金刚石薄膜.本文利用甲醇/氢气的混合气体,成功的用微波等离子体CVD(Microwave plasma CV D, 简称M PCVD )方法在480℃的温度下制备出质量较高的纳米金刚石薄膜,并对薄膜进行了表征. 1 实验部分 实验中使用的装置是实验室自行研制的2.45GHz 、5kW 的M PCV D,其结构如图1所示. 图1 微波等离子体CV D 装置结构示意图Fig.1 Schematic diag ram of the micro wave plasma enhanced CV D sy stem
爆轰法合成纳米碳材料的研究 李晓杰，罗宁，闫鸿浩，王小红 （工业装备结构分析国家重点实验室，大连理工大学） 摘要：本文主要回顾了近三十年来，世界各国学者们从事爆轰法在合成纳米材料领域的研究进展。从爆轰法合成纳米金刚石、富勒烯碳、碳纳米管、纳米石墨材料至碳包覆金属复合纳米材料等，合成出了从单质到复合材料等形式多样的纳米碳材料。本课题组以爆炸加工技术为基础，独立并创新性地采用爆轰法合成纳米碳材料方面也取得一定的进展和成果，作此文与同行们共同交流、探讨、共同分享。 Abstract: In this paper, we review that the scholars in all over the world who engaging in detonation synthesizing of nanometer materials in the last 30 years. From the nanodiamond,Fullerene, carbon nano tube to carbon-encapsulated metal nanometials and so on, these nanomaterials were prepared by a detonation method. On that basis of detonation technique, we have achieved complete success and made progress and results in carbon nanographite materials.The paper was composed for the purpose of communication and share with other researchers. 关键词：爆轰法；纳米碳材料；纳米金刚石；纳米石墨；碳纳米管；碳包覆金属纳米材料Keywords: Detonation method；Nanocarbon materials；Nano-Diamond；Nano-Graphite；CNTs；Carbon-encapsulated metal nanometerials 在纳米科技领域，对纳米材料而言，纳米碳材料是研究的一个重要的分支。自从人类出现以来，利用碳材料的历史悠久，主要经历了木炭时代（公元前—1712年），石炭代（1713年—1866年），炭材料的摇篮时代（1867年—1895年），经典炭材料（1896年—1955年）和新型炭材料（1955年—至今）的发展时代。著名的理论物理学家、诺贝尔奖金获得者Richard P.Feynman[1]曾指明了材料的发展方向：“如果有一天人们按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹。” 在十九世纪末，从美国人Niagara[2]生产的Acheson人造石墨开始标志着经典炭材料的发展时期的到来。根据原子杂化轨道理论，碳原子在与其它原子结合时，会产生不同形式的杂化，最常见的杂化形式为sp1、sp2、sp3杂化，与此相对应的碳的同素异形体主要有三种[3]：卡宾炭（Linear Carbon-Carbyne，也称线性炭）、石墨、金刚石。碳的结构逐渐被人们深刻的认识和研究，多种多样的纳米碳材料层出不穷，碳纤维、碳微球(GMSs)以及C60、碳纳米管(CNTs)、纳米洋葱状富勒烯(NOLFs)等多种笼状结构富勒烯、碳包覆金属纳米材料等复合纳米材料。炸药在爆炸瞬间释放出大量能量，对周围物体产生强烈地破坏作用，是人们经常利用的巨大能源之一。由于冲击压缩及加热作用，造成了被压缩炸药发生放热化学反应，以化学反应波的形式在炸药中按照一定的速度一层一层地自动进行转播。化学反应波的波阵面比较窄，化学反应正是在此很窄的波阵面内进行并迅速完成。由于爆轰法的反应速度快，能量密度高，作功强度大，使其在众多纳米材料的制备方法中独树一帜。 1.爆轰法合成纳米金刚石 纳米级的金刚石(Ultradispersed diamond[UDD]或者Ultrafine diamond[UFD])不但具有金刚石所固有的综合优异性能，而且具有纳米材料的奇异特性。由于纳米金刚石具有双重特性即：除了具有金刚石的特点之外同时还具备了其他纳米材料的共同特点：比表面积、化学活性好、熵值大和较多的结构缺陷等[4]。因此纳米金刚石的制备和特性的相关研究一直是各国学者的研究热点。二十世纪