[发明专利]超分散纳米金刚石水溶胶的制备

说明书

技术领域

本发明属于纳米金刚石的加工领域，其应用涉及精密研磨、抛光加工、复合材料、生物药物运输等领域，具体涉及一种纳米金刚石解团聚的方法，尤其涉及一种10nm纳米金刚石水溶胶的制备方法。

背景技术

纳米金刚石除了继承了金刚石的优点以外，同时还具有纳米材料的特性，拥有优异的力学、热学、光学、电学性能，化学性能稳定且具有良好的生物相容性，因此其在精密研磨、抛光加工以及生物医疗等领域都有着潜在的应用价值。纳米金刚石是由4～12nm尺寸大小的颗粒团聚形成的，目前工业化生产的纳米金刚石平均粒径在2um左右，颗粒大小从几百纳米到十几微米。团聚体是在负氧平衡下高温高压合成时，形成的液态碳滴之间相互碰撞，在冷却过程中一起结晶形成的硬团聚体。硬团聚是纳米金刚石团聚的主要形式，它的存在严重阻碍了纳米金刚石的发展，使其优良的性能难以得到发挥，要推动纳米金刚石的应用必须要解决硬团聚问题，要获得稳定分散的纳米金刚石水溶胶也要解决此问题。现有的纳米金刚石解团聚方法主要使用化学和机械的相互作用，通过机械的方法产生剪切力，同时加入稳定剂和分散剂获得稳定分散的纳米金刚石水溶液，此类方法获得的纳米金刚石水溶胶颗粒大小普遍分布在100nm左右，难以真正获得几纳米大小的初级颗粒水溶胶，另外溶液中加入稳定剂或分散剂也限制了纳米金刚石在一些新兴领域的应用，如精密加工、复合材料、生物医疗领域。因此迫切需要有一种方法可以获得稳定分散的初级纳米金刚石水溶胶。

发明内容

本发明的目的是基于目前纳米金刚石解团聚过程中还存在的问题，提出一种能够获得初级纳米金刚石颗粒的方法，制备无任何添加剂的，稳定分散的纳米金刚石水溶胶。

因此，本发明的第一个方面是提供一种纳米金刚石解团聚的方法，所述方法包括以下步骤：

a将纳米金刚石原粉与浓硝酸在反应釜中反应，用去离子水将产物清洗至中性，即获得了酸化纳米金刚石；

b将酸化纳米金刚石和去离子水，置于球磨罐内，并加入球磨珠，常温或更低温度下湿法球磨，得到初始分散的纳米金刚石水溶液；

c将初始分散的纳米金刚石取出后，加入去离子水进行超声处理；

d将超声后的纳米金刚石水溶液静置、离心。

在一个优选的实施方案中，步骤a中使用的纳米金刚石原料为为爆轰法所得的团聚体，未进行任何处理，如未经过提纯处理，其粒径从几百纳米到十几微米不等，纳米金刚石含量在55wt％～75wt％。

在一个优选的实施方案中，步骤a中所述反应釜的温度为200℃，反应时间为4h。

在一个优选的实施方案中，步骤a中对原料进行酸化处理时选用浓硝酸，所述浓硝酸的质量分数为65％，纳米金刚石原料与浓硝酸的质量比为1:40。

在一个优选的实施方案中，步骤b中所述酸化纳米金刚石和所述去离子水的质量比为(1～10)：100，球磨珠大小为0.02-0.1mm，优选的，在一个球磨过程中以直径为0.1mm或0.02mm～0.03mm的球磨珠作为介质；所述球磨珠为球磨罐内体积的60％～75％；另外相同条件下，球磨珠粒径越小，所获得的小颗粒纳米金刚石的占比就越大，粒径大小也就越均匀；在一个优选的实施方案中，所述球磨在室温下进行的，采用的是一种高效的行星式球磨机，最高转速为650r/min。

在一个优选的实施方案中，所述球磨机转速为650r/min，在优化过程中发现，球磨机转速对最终产物的粒径大小也有着显著的影响，球磨机转速越快，所获得的纳米金刚石粒径越小，占比也越大。

在一个优选的实施方案中，所述球磨时间为6～8h，球磨时间过短时，无法使纳米金刚石颗粒得到充分的研磨，球磨时间过长时，由于球磨过程中产生的大量热无法及时散出，所得产物颗粒粒径反而会增大，在一个优选的实施方案中，采用通入一定量液氮的方法可以解决这一问题，另外如果使用其他高效球磨机(如砂磨机)也可以采用通入冷却水的方式。

在一个优选的实施方案中，步骤c中所述超声处理采用球磨珠辅助超声法，即球磨珠和步骤b所得纳米金刚石水溶液一起超声，优化的超声功率为800～1000W，超声时间为3h，延长超声时间并不能进一步减小纳米金刚石颗粒的粒径。

在一个优选的实施方案中，所述超声的同时通入冷却水，防止超声时温度过高。

在一个优选的实施方案中，步骤d中所述静置用于去除纳米金刚石中含有的有机杂质。

在一个优选的实施方案中，步骤d中所述离心用于去除可能含有的大颗粒团聚体，离心速度为4000rpm，离心时间为30min～60min。