[发明专利]一种新型纳米碳晶

说明书

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种新型纳米碳晶。

背景技术

碳是世界上含量最广的一种元素，碳材料是目前世界上应用最为广泛的一种材料。随着时代的变迁和科学的进步，人们不断地利用碳和发现碳，又发明了许多碳材料，例如：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，纳米碳晶便是碳材料家族中新的一员。新材料的出现意味着材料制备工艺的改进。富勒烯的工业制备方法主要是燃烧法，主要用苯、甲苯在氧气作用下通过不完全燃烧得到C₆₀与C₇₀的混合物，同时还有大量有毒气体排出而污染环境，后续还需要用其它有机物进行提纯，制备工艺过程复杂。碳纳米管的工业制备方法是电弧法，将石墨电极置于充满氮气或氩气的反应容器中，在两极之间发出电弧，在这种条件下制备出的是C₆₀、无定型C、多层的碳纳米管，后续的提纯处理也无法将C₆₀提纯干净得到纯度高的碳纳米管，而且这种制备方法能耗高。石墨烯的制备方法主要是氧化还原法，通过氧化剂将石墨氧化，增大石墨的层间距，再通过物理方法将其分离，最后通过化学法进行还原得到石墨烯，这种方法得到的石墨烯产量高，但是产品质量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的纳米碳晶。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型纳米碳晶，该碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布。

优选地，晶格间距为0.21nm。

优选地，平均粒径为R，0＜R≤10nm。

优选地，该碳晶的C含量为99～100%。

该纳米碳晶采用以下方法制备，步骤为：

（1）初步破碎：将金刚石原料机械破碎后，筛分出500目以上的细料，将该细料重复过筛一次以上，以保证分选粒度的准确性；

（2）再次破碎：将筛分出500目以上细料输送至气流破碎机内，利用高压气流对细料粉碎后筛分出10000目以上的细粉，筛余物返回气流破碎机进行重新破碎；

（3）酸洗：将10000目以上的细粉依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；，使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；所述浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为10%浓硝酸按照质量比为5:1混合而成；

（4）分选：将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行4-7天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米碳晶；离心分离步骤中，离心时间为30min-2h，转速为8000rpm-20000rpm。

进一步地，在步骤（1）中，金刚石经机械粉碎机的筛网筛出32目以上的颗粒，颗粒经多级振筛机筛分出500目以上的细料。

与现有技术相比，本发明提供的纳米碳晶的具有以下优点：

（1）该纳米碳晶的C含量在99～100%之间，纯度很高，粒度范围分布窄，0＜R≤10nm，产品结晶性较强，表面活性强，吸附能力强，形貌规整可控，损失率低，损失率可控制在1%以内。

（2）该纳米碳晶能够吸收太阳能的全谱，且表面碳原子活性高，与TiO₂等催化剂结合后可在光照下吸收可见光，发出325-425nm的短波长光，从而激发TiO₂等催化剂形成电子空穴对，电子空穴对转化成活性基团，从而降解有机染料分子，同时由于纳米碳晶在TiO₂等催化剂的表面，故而可以起到传递电子的作用，促使电荷的分离，电子沿纳米碳晶表面传输，可以延长TiO₂等催化剂的空穴寿命，提高催化活性。

（3）纳米碳晶表面具有非对称分布的C原子的二聚体结构，具有很高的表面活性，很容易被表面功能化处理，可用于各种化妆品，同时由于具有耐磨性强的特点，还可以用于各种清洗剂、机油添加剂、涂层添加剂等，增加耐磨性。

（4）根据Raman测试结果，本发明的纳米碳晶无任何光致发光现象，可用于隐形飞机表面涂层领域（要求有良好的光学隐蔽性能和耐高温耐摩擦性能），或用来制备特殊的光学器件，例如光学谐振器、极限显示器等，在光学领域有着独特的应用。

（5）纳米碳晶粒径小，很容易在镀液中进行分散，也很容易吸附到被镀件表面，在被镀件表面形成一层金刚石膜，这种膜导热性好、耐磨，可用于各种发热易磨损零件的表面处理。