納米金剛石 開創(chuàng)新領(lǐng)域
新材料的研發(fā)是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域之一，而納米材料又是其中的佼佼者。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)推測(cè)2010年全世界納米材料市場(chǎng)規(guī)模已超過2000億美元。隨著國(guó)際科技進(jìn)步及工業(yè)向高精尖的發(fā)展，納米技術(shù)已成各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。真正批量生產(chǎn)粒徑為幾個(gè)納米的材料只有納米金剛石等少數(shù)幾種。
金剛石又叫鉆石。談到鉆石人們首先想到的往往是最珍貴的飾品，但其絕大多數(shù)應(yīng)用在工業(yè)和科研領(lǐng)域。它具有多項(xiàng)世界第一：硬度、折光率、導(dǎo)熱率、聲速最高，而熱脹系數(shù)、摩擦系數(shù)最小，且化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定。納米金剛石既具有金剛石的特性，又具有納米材料的特性。因而它的功效是其它諸多材料無法比擬的。在精密拋光、高性能潤(rùn)滑、電鍍、復(fù)合材料等領(lǐng)域中的應(yīng)用是其他材料無法替代的。許多領(lǐng)域在試用納米金剛石之后，收到了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎預(yù)料的奇特效果。無怪乎它被一些科學(xué)家和工程師稱為二十一世紀(jì)的“神圣材料”和“工業(yè)維他命”。但在我國(guó)，它的廣泛應(yīng)用尚處于啟蒙階段，其前景不可估量。
目前，我國(guó)在納米金剛石的制造領(lǐng)域，從產(chǎn)能上已走在世界前列，但在應(yīng)用領(lǐng)域比獨(dú)聯(lián)體及歐美日韓等國(guó)還有許多差距。
納米金剛石主要是用負(fù)氧平衡法引爆炸藥制取的，通常稱之為爆轟法。它可大批量制造出粒徑小于20納米，平均粒徑位于2～6納米。它的單位質(zhì)量顆粒數(shù)量級(jí)高達(dá)1018粒/克，所以它的納米材料之優(yōu)異性能表現(xiàn)得淋漓盡致。而目前其它納米材料批量制造的大多是20納米以粗。
由于粒徑小到納米級(jí)，表面原子所占比例可達(dá)百分之幾十。這使得它的許多理化指標(biāo)與靜壓法生產(chǎn)的金剛石差別較大。
納米金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，應(yīng)用的難點(diǎn)在于如何避免團(tuán)聚而使其保持超分散狀態(tài)。天津市乾宇超硬科技有限公司利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，通過專有的表面改性工藝，使其長(zhǎng)期處于超分散狀態(tài)，從而使它的優(yōu)異性能得到較好的發(fā)揮。該公司在一些領(lǐng)域做出了許多有益的探索。
納米金剛石潤(rùn)滑油
由于油中加入納米金剛石后，滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，摩擦副表面逐漸改性，形成又硬又滑的金屬碳化物。因而它的減摩抗磨效果是用有機(jī)化工的辦法無法比擬的。臺(tái)架實(shí)驗(yàn)表明：在EQ6100-1型汽油機(jī)上使用納米金剛石發(fā)動(dòng)機(jī)油后，輸出功率平均提高4.2%，最高可達(dá)6.4%。燃油消耗率平均降低4.7%，最高可達(dá)10.3%。氣缸壓力提高28.9%。怠速轉(zhuǎn)速提高10.2%。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速碳?xì)浠锱欧沤档?/SPAN>60%，氮氧化物排放降低20.5%。總之，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性均有較大改善，氣缸密封性提高，且具有較好的減摩效果。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有免
拆卸清洗功能，冬季更易點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)油的使用周期成倍延長(zhǎng)。納米金剛石磨合油可使發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合時(shí)間縮短30～50%，汽缸壓力提高7～10%，缸套硬度增加10～20%，粗糙度明顯改善，磨合油使用周期大大延長(zhǎng)。
納米金剛石渦輪蝸桿油可使磨損量減小30%～80%，機(jī)械效率提高2%，對(duì)摩擦副具有自修復(fù)功能。納米金剛石液壓導(dǎo)軌油可使油膜的勁度系數(shù)提高20%。
納米金剛石潤(rùn)滑油用于多種運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，如發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、真空泵、減速機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等，均可降低設(shè)備的震動(dòng)和噪聲。由于它對(duì)摩擦副具有特殊的改性和自修復(fù)功能，因而可使設(shè)備更長(zhǎng)時(shí)間處于最佳工作狀態(tài)。
納米金剛石拋光液
納米金剛石拋光液與納米硅溶膠相比拋光效率可提高4倍，表面粗糙度顯著降低。用其對(duì)碳化硅晶體、藍(lán)寶石、硬盤磁頭、微晶玻璃等難加工的硬脆材料進(jìn)行拋光，近年來發(fā)展極快。對(duì)碳化硅晶體拋光后其表面粗糙度可達(dá)0.1～0.3納米。
這可使計(jì)算機(jī)的硬盤表面達(dá)到超光滑，從而滿足當(dāng)前存儲(chǔ)密度達(dá)到15.5Gb/平方厘米的最高要求。
納米金剛石涂料
將納米金剛石分散到多種涂料中均可使其性能得到明顯改善。涂料有一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)耐擦洗次數(shù)，一種內(nèi)墻涂料加入納米金剛石后可使其數(shù)值由200～300提高到3000以上。一種水泥建筑物用的柔性涂料中加入納米金剛石，可使拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率同時(shí)提高近二成，而用其它方案是不可能同時(shí)改善的。耐腐蝕性亦可成倍提高。一種金屬材料用水性涂料加入納米金剛石后，置于5%鹽水浸泡，起泡時(shí)間由100多小時(shí)延長(zhǎng)到600多小時(shí)。
初步試驗(yàn)表明，表面改性適宜的納米金剛石對(duì)皮膚癌細(xì)胞的殺傷力接近70%，而對(duì)正常細(xì)胞沒有副作用。
天津市乾宇超硬科技有限公司的納米金剛石發(fā)動(dòng)機(jī)油經(jīng)專家鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，拋光液達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。前者先后獲天津市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，并已獲國(guó)家環(huán)保部科技成果證書，被認(rèn)定為天津市節(jié)能產(chǎn)品。為便于長(zhǎng)途運(yùn)輸和出口，特研制了系列納米金剛石潤(rùn)滑油精，一般按2～5%加入到相應(yīng)的市售潤(rùn)滑油中，即可使其性能得到改善，而原油的理化指標(biāo)基本不變。許多高校的研究證明了油精的奇特功效。僅加入2%油精即可使摩擦系數(shù)降低27%，摩擦功耗降低18.4%；加入3%油精可使油膜承載能力可提高95.2%；加入5%油精可使AISI1045鋼磨損量減少82%。目前，該公司已有納米金剛石潤(rùn)滑油精和納米金剛石拋光液產(chǎn)品批量上市。
此外，納米金剛石在復(fù)合材料（橡膠、塑料……）、復(fù)合涂層和環(huán)保領(lǐng)域均顯示了優(yōu)異性能。加有納米金剛石的塑料膜極易附著在金屬上而不需要加粘結(jié)劑。加入納米金剛石的硅膠其強(qiáng)度可提高1～3倍。在Cr鍍液中加入納米金剛石，可使沖模壽命提高10倍以上。原鍍金鍍層厚4微米，加入納米金剛石后可使鍍層減少至2微米而保持鍍層完整無空洞，其耐磨性還大幅提高。鍍后表面色澤與不加納米金剛石的一樣。原鍍1平方米需80克金，而加納米金剛石后僅需40克金，可節(jié)省1萬多元，其中僅需加入0.4克納米金剛石。除了上述在發(fā)動(dòng)機(jī)油中可明顯減低尾氣發(fā)放外，它還可有效地過濾重金屬和放射性物質(zhì)。在溶液中，1克納米金剛石可吸附50克Ni。潤(rùn)滑油使用周期延長(zhǎng)不僅提高了用戶的經(jīng)濟(jì)效益，其本身就是對(duì)環(huán)保的巨大貢獻(xiàn)。
因此，有關(guān)專家認(rèn)為，推廣應(yīng)用納米金剛石是利國(guó)利民的大好事，是低碳經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)劑。但由于其超前較大，或者說過于超前，國(guó)人知者甚少，因而應(yīng)大力宣傳。專家們建議，政府有關(guān)部門應(yīng)給予資金和政策的大力支持，否則，只是出口大量的原材料，而真正的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都落在了發(fā)達(dá)國(guó)家里面。
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