[发明专利]一种末端基团为氨基的纳米金刚石衍生物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米金刚石衍生物，特别是一种末端基团为氨基的纳米金刚石衍生物，以及该种衍生物的制备方法和用途，属于纳米材料领域。

背景技术

由于兼具纳米材料的量子尺寸效应、表面效应以及金刚石本身的高硬度、耐磨性，纳米金刚石在润滑和超精抛光等领域极具应用价值。试验表明，润滑油中添加适量的超分散金刚石微粒可使摩擦系数减小10~50%，磨损量减小1/3~1/4（张书达,季德钢，宋兰庭，工程机械，6，31，2005）。但是由于纳米金刚石比表面大，比表面能高，处于热力学不稳定状态，容易团聚形成块状聚集体而在润滑介质中沉淀下来，从而丧失其作为纳米粒子所具有的独特功能，严重影响了纳米金刚石的应用。因此如何有效地改善纳米金刚石在介质中的分散性，并增强其稳定性是一个急待解决的关键性问题。

XPS（X射线光电子能谱分析？）表面成分分析表明，由爆轰法制备的纳米金刚石表面含有较多活性基团，如羟基、羧基、羰基、醚基和酯基等，所占表面积可达粒子表面的10~20%（T.Nakamura，T.Ohana，M.Hasegawa，et al，New Diamond and Frontier Carbon Technology，15（6），313-324，2005）。这些含氧活性基团可参与许多化学反应，为纳米金刚石的表面化学改性提供了可能。已有研究成果表明，采取化学改性的方法，在分子水平上对纳米金刚石进行修饰，制备出结构新颖的纳米金刚石衍生物，能够削弱纳米粒子的表面吸附作用，使纳米粒子间的排斥作用能显著增强，有效阻止纳米粒子的重新聚集，从而实现纳米金刚石在介质中的稳定分散。例如，美国Rice大学的Liu Y.等利用氟化的纳米金刚石与烷基锂、二元胺、氨基酸等化合物的亲核取代反应，制备出一系列具有良好的有机溶剂溶解性的纳米金刚石衍生物（Y.Liu，Z.N.Gu，J.L.Margrave，et al，Chemistry of Materials，16（20），3924-3930，2004）；AnX.N.等利用硅烷偶联剂将氨丙基、乙二胺和乙烯基等官能团，将丙烯胺引入纳米金刚石表面（AnX.N.，Zeng H.M.Surface functionalized of nanodiamonds[J].Chinese Journal of Reactive Polymers，2002，11（2）：152-156.）。此外，Schreiner P.R.等先利用亲电试剂，如Br2、HNO3等选择性进攻表面氢化的纳米金刚石，再经过Bayer-Villiger氧化反应和水解，最终制备出羟基修饰的纳米金刚石（Schreiner P.R.，Fokina N.A.，Tkachenko B.A.，et al.Functionalized nanodiamonds：triamantane and[121]tetramantane[J].The Journal of organic chemistry，2006，71（18）：6709-20.）。

但上述对纳米金刚石进行的化学改性存在如下弊端：其一，上述方法仅以纳米金刚石表面的活性反应位为单一化学修饰点，因此制备出的纳米金刚石衍生物所带的末端基团数量有限；其二，小分子有机化合物，如氨基酸等的分子链较短，立体结构较简单，因此在纳米金刚石表面所产生的空间位阻效应有限；其三，制备条件较为苛刻，如纳米金刚石的氟化过程需要使用Monel高强度耐腐蚀铜镍合金反应容器，同时需采用成本昂贵的氟气和氦气，且氟气使用不当容易发生危险，因而限制了这类改性方法的规模化应用。