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　　1.前言

       现代的科学技术通常会在交错叠加的领域形成突破而获得创新，对于原始的创新，很可能源自偶然发现，或随机缘而生，科学家不懈的辛勤耕耘，则是偶然或机缘的必要前提，一切获得的原始创新成果无不饱含耕耘者的血汗。

       纳米金刚石-碳纳米葱及纳米多晶PCD就是在纳米尺度上多学科的交叉融合的结果。一种新的物质形式能否被应用，主要与物质本身的特性有关。对于新材料而言，具备了新特性，还需要有人认识到并进行不断的尝试，找到合适的市场，才能获得认同和应用。

       2.纳米金刚石

       2.1 纳米金刚石的制备

       1982年前苏联科学院流体物理所、化学物理所最早获得爆炸合成纳米金刚石的实验结果。1987年俄罗斯率先报道研究成功纳米金刚石。1988年美国和德国的科学家报道了炸药爆轰法制备技术。日本在1989年也报道进行了合成UFD的实验。俄、美、日等国都于80年代末先后用爆轰法合成了纳米级金刚石超细粉末。

       国内上世纪80年代后期，西南流体物理所和北理工在恽寿榕教授的带领下率先展开了爆炸法合成金刚石的研究并取得了进展，中科院兰州化学物理所、北理工等于90年代相继开始研究。虽然在我国起步晚，但是发展很快，已逐步赶上国际水平。1993年兰州化物所最早报道了这方面的工作。

       包括西北核技术所、北理工等最先对纳米金刚石进行了深入研究，完善了制备方法及理论，并建立起生产线。目前，国内已建成数条生产线，并形成年产超过1亿克拉的生产规模。

       2.2 纳米金刚石的应用

       有人将纳米金刚石的应用分为表面和核两部分，很有道理。材料的结构、性质决定其用途，纳米金刚石不但有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。所以纳米金刚石的应用开发都应当从这两方面入手。

       表面性能主要利用它的纳米微粒性能，即颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大以及其特有的四大效应：小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应和表面效应。其中，表面效应包括其表面官能团的吸附；

       核的性能则主要利用金刚石的超硬性能。

       纳米金刚石的应用

       ① 用于制备纳米多晶烧结体；

       ② 用于化学复合镀的添加剂；

       ③ 用于润滑油、固体润滑剂和润滑冷却液；

       优越性：(1)节约润滑油材料。(2)摩擦动量降低20％～40％。(3)摩擦面磨损减少30％～40％。(4)摩擦副的快速磨合。纳米金刚石的单位消耗：1 000 kg润滑油中为0.01～0.20 kg；

       ④用于红外、微波吸收材料的可能性；

       ⑤纳米金刚石用于磁性录音系统；

       ⑥用于隐身材料催化方面；

       ⑦将纳米金刚石添加在橡胶、聚合物中，可改善其性能；

       ⑨纳米金刚石在燃料油提高燃油的分散度和燃烧值。

       ⑩ 用于新型储能及能量转换材料；

       ⑪其它潜在的应用

       ⑴俄罗斯和英国学者共同发现，纳米金刚石灰色粉末在潮湿环境中，其介电常数增加18个数量级，这是包括铁电体在内所有材料中的最高纪录。学者们认为，可能是水分子吸附了纳米金刚石表面的酸基团，导致质子分离并进一步带来介电常数的急剧变化。

       ⑵俄罗斯的研究人员用碳离子的短脉冲波作用于硅，首次研究成功在其他物质表层内部合成纳米金刚石粒子的方法。这种方法在半导体照明产业甚至整个半导体工业具有很好的应用前景。这种合成方法不仅可以通过硅实现，也可以在其他物质内部实现。

       ⑶通过聚四氟乙烯中添加纳米金刚石-炭黑-云母，制备高分子耐磨涂层；

       ⑷荧光效应及其在医学影像领域的应用-氮-空位(NV)效应。

       ⑸在热流体中的应用。仅0.1%的浓度即可提高换热效率70%，温度越高则效率越高。        3.碳-纳米葱

       3.1 碳纳米葱的发现

       碳纳米葱是富勒烯家族中的一员，它是由多层同心碳球组成的三维封闭结构的碳质颗粒，外表呈多面体结构，内部形如洋葱。

       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 碳纳米葱的形貌与结构        这种球形富勒烯结构应当是大型碳团簇中最稳定和能量最低的排列方式，主要基于以下三点：① 这种封闭结构使悬键得以消除；② 球形结构使石墨片层弯曲产生的应力均匀分布。反之，石墨片层的应力将大量集中于多边形顶部或角部；③ 这种结构使壳与壳之间的范德华力最优化。