纳米金刚石表面修饰工艺分析

摘要：由于纳米金刚石本身优良的物理、化学特性，在各个领域中获得广泛应用。针对纳米金刚石容易在介质中粒子发生增大的现象，产生严重的团聚情况，导致稳定性较差问题，为提升纳米金刚石的稳定性，就必须要对纳米金刚石表面修饰工艺进行研究。

关键词：纳米金刚石；表面修饰工艺；分散稳定性

根据当前市场中纳米金刚石的制作工艺来看，通常是采取了爆轰法，可以通过爆轰条件制得5-10nm颗粒均匀的粒度分布的纳米级金刚石。要想解决纳米金刚石的团聚问题，提高其分散性，就需要通过纳米金刚石表面修饰工艺，作出表面改性处理。

一、纳米金刚石的表面修饰工艺实验方法

在本次研究中采取传统的自然沉降法和离心机分离法两种纳米金刚石的表面修饰工艺实验方法。对已经经过球磨处理后的D50为595nm的金刚石微粉进行分级。应用膜面积为0.12m的PTFE膜，在220V功率次对595nm的金刚石微粉进行分析，其中透过陶瓷膜的纳米金刚石粒径控制在300nm以细，其中被截留的金刚石颗粒粒径集中在312nm—1.3μｍ范围内。通过该实验过程中可以用分级得到的纳米金刚石来对其进行表面改性，并制得可以在介质中长期保持分散稳定的纳米金刚石抛光液。

首先，要将羧基官能团接到纳米金刚石表面。第一，使用空气氧化法。将最终分级出的纳米金刚石分别在300℃、425℃、600℃、700℃、900℃的马弗炉中加热5h，然后对经过加热的纳米金刚石进行红外测试，对其官能团的变化情况进行持续观察。第二，可以使用酸化法。将最终分级出的纳米金刚石称取1g，并分别加入30mL、50mL、70mL浓硝酸，应用磁力搅拌器，使其加热到100℃的温度条件下进行加热搅拌，然后对经过加热搅拌的纳米金刚石进行红外测试。

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其次，将带有羧基的金刚石和十八烷基胺根据1:10 的比例混合搅拌50min，获得带羧基的金刚石与十八烷基胺反应化学方程式。应用酒精对羧基的金刚石与十八烷基胺反应产生的胺基纳米金刚石进行多次擦拭，并将最后得到的胺基纳米金刚石衍生物进行红外测试。

二、纳米金刚石分散稳定性的研究工艺

将已经经过初步改性初始纳米金刚石、羧基化纳米金刚石、胺基化纳米金刚石分别称取0.025g各四份，并在50mL的烧杯内配置金刚石悬浮液，金刚石悬浮液的浓度为0.5g/mL。将配置好的纳米金刚石、羧基化纳米金刚石、胺基化纳米金刚石的金刚石悬浮液分别在超声机细胞粉碎机内处理5min、10min、15min、20min、25min。将经过不同超声时间后的三种纳米金刚石悬浮液进行zeta电位测试。

将已经经过初步改性的羧基化的纳米金刚石共称取出7份，每份为0.025g，用50mL的烧杯配置0.5g/mL浓度的金刚石悬浮液。然后分别称取聚乙二醇－400共0.0125g，聚乙二醇－600共0.0125g，聚乙二醇－800共0.0125g和十二烷基硫酸钠0.0125g。并在金刚石悬浮液中通过单独或者复配的方式加入阴离子表面活性剂和3种非离子表面活性剂。将已经7组已经加入表面活性剂的金刚石悬浮液经超声处理10min，并将其分别放置5d、10d、15d、20d、25d，对金刚石颗粒的平均粒径进行测量。

称取0.025g 纳米金刚石的胺基化衍生物，在50mL的烧杯内配置金刚石悬浮液，金刚石悬浮液的浓度为0.5g/mL。分别在金刚石悬浮液中加入六中表面活性剂，六偏磷酸钠（浓度0.01g/L），十二烷基苯磺酸钠（浓度0.02g/L），吐温－60（浓度0.04g/L）、吐温－80（浓度0.05g/L），对所有金刚石水溶液的zeta电位进行测试。

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羧基化的纳米金刚石结构性能表征 1.

氧化法制备的纳米金刚石zeta电位分析

在300℃、425℃、600℃、700℃、900℃的马弗炉中加热5h后的纳米金刚石其中只有个别点低于未热处理的金刚石微粉悬浮液的zeta电位绝对值，悬浮液的zeta电位绝对值都要高于未加热处理的金刚石微粉悬浮液的zeta电位绝对值。该现象说明通过对金刚石微粉进行煅烧可以使其表面性能改变，并改变其表面附着的官能团，使得金刚石微粉在水介质中颗粒与颗粒之间的作用力增加。由于在一定程度上使颗粒与分散介质的结合力减少，则使得金刚石微粉在水介质中的分散性被提高。

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不同超声时间的纳米金刚石水溶液的zeta电位分析

对将配置好的纳米金刚石、羧基化纳米金刚石、胺基化纳米金刚石的金刚石悬浮液分别在超声机细胞粉碎机内处理5min、10min、15min、20min、25min不同超声时间的纳米金刚石水溶液的zeta电位分析。首先，随着超声时间的延长，zeta电位绝对值呈现递增趋势。则表明可以应用超声波来处理纳米金刚石，超声波可以使金刚石颗粒表面架构改变，使颗粒间的排斥力增加，金刚石水溶液分散稳定性增加。表面接上羧基和胺基的纳米金刚石zeta电位绝对值发生明显增大，其中接羧基的纳米金刚石zeta电位绝对值增加最明显，可以看出通过对纳米金刚石进行表面化学修饰，可以使纳米金刚石在介质中的分散稳定性能提高。

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不同表面活性剂对纳米金刚石水溶液的zeta电位的影响

随着十二烷基苯磺酸钠的增加，则纳米金刚石的电位绝对值逐渐增加，则表明颗粒间的排斥力逐渐增大，说明加入的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠有利于金刚石溶液的分散稳定性。加入六偏磷酸钠，纳米金刚石的电位绝对值尚未发生变化，则说明增加的表面活性剂六偏磷酸钠不利于纳米金刚石的分散稳定性。非离子表面活性剂吐温－60、吐温－80加入，纳米金刚石的电位绝对值变大，则表明加入的表面活性剂吐温－60、吐温－80有利于金刚石溶液的分散稳定性。

结束语：

综上所述，为了可以妥善解决纳米金刚石的团聚问题，使纳米金刚石分散性提高，就必须要对纳米金刚石表面修饰工艺进行持续研究，通过纳米金刚石的表面改性处理，提高纳米金刚石在介质中的分散稳定性能。在未来的研究中，还要针对纳米金刚石容易在介质中粒子发生增大的现象，产生严重的团聚情况，稳定性较差问题进行持续研究，从而提升纳米金刚石的稳定性。

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姓名：陈衍群（1975.11-），性别：男，民族：汉，籍贯：河南省许昌市人，学历：大专，毕业于郑州工业高等专科学校；现有职称：助理工程师；研究方向：

超硬材料制造。