新材料的研發是我國重點發展的高新技術領域之一，而奈米材料又是其中的佼佼者。據權威機構推測，2010年全世界奈米材料市場規模已超過2000億美元。隨著國際科技進步及工業向高精尖發展，奈米技術已成各國競相發展的重要領域之一。其中，碳奈米材料由於其獨特的理化性質，近年來在奈米科學及奈米技術的發展中得到了廣泛的關注。其應用範圍從起初的塗料、潤滑油、聚合物新增劑、電子器件、感測器和電化學領域擴充套件到了生物醫學領域。目前已有的研究表明，奈米金剛石可用於生物標籤、生物成像、藥物傳輸、基因治療、癌症診斷與治療等生物醫學領域。奈米金剛石指的是粒徑在1～100nm的金剛石晶粒存在形態，其兼有金剛石、奈米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蝕性、高熱導率、低摩擦係數、低表面粗糙度、大的比表面積、高的表面活性等。根據其存在形式，奈米金剛石可以分為單分散的奈米金剛石粒子和奈米金剛石多晶兩類。奈米金剛石粒子可以看作由塊材金剛石切割出的奈米尺寸的金剛石團簇;奈米金剛石聚晶有聚晶顆粒和膜兩種存在形式。奈米金剛石粉的比表面積為300～400m2/g，還有大量的結構缺陷和表面官能團等，這些效能使得其在開發具有特殊效能的新材料方面有較大的潛力。
以上優異效能使得奈米金剛石除作為傳統機械加工的精密拋光及潤滑用材料以外，在化工催化及生物醫學上展現出了良好的應用前景。但奈米金剛石的團聚及除雜問題是制約奈米金剛石使用的兩大難題。
1 奈米金剛石的製備和特性
從空間尺度分類，奈米金剛石分為奈米金剛石膜、一維金剛石奈米棒和二維金剛石奈米片，三維奈米金剛石聚晶顆粒以及零維奈米金剛石單晶顆粒。奈米金剛石薄膜是利用CVD 方法生長出的奈米級晶粒組成的金剛石膜，其製備引數與傳統微米尺度金剛石薄膜不同，是通過金剛石的二次成核，獲得緻密的、晶粒尺寸為奈米級的金剛石薄膜。晶粒尺寸小於10nm的金剛石膜又稱為超奈米金剛石膜，這種薄膜光滑、緻密、無孔，是製備生物感測器以及生物醫學儀器的關鍵材料。一維金剛石奈米棒或金剛石奈米纖維可以通過氫電漿體長時間處理碳奈米管來獲得。二維金剛石奈米片可在Au–Ge合金和奈米金剛石膜基底上通過微波電漿體CVD 法制備，其厚度約10nm。金剛石奈米顆粒的合成方法主要有靜壓合成、金剛石單晶粉磨、爆轟法三種，都已應用於工業化生產。爆轟法合成奈米金剛石生產效率相對較高，其原理是通過爆炸時產生的高溫高壓將爆炸體系的碳元素轉變為金剛石。用該方法制備得到熱力學穩定的含奈米金剛石的黑粉。黑粉經特殊工藝處理後得灰色的奈米金剛石粉，其回收率約為所用炸藥質量的8%～10%，金剛石顆粒粒徑為5～10nm，經過化學提純可得到純度約95%～97%的DND。
對於平均粒度尺寸5nm 的奈米金剛石顆粒，表面碳原子數(N 表面)與顆粒的總碳原子數(N 總)之比約為15%，導致金剛石表面碳原子空間對稱性的破壞以及晶格間距的變化。奈米金剛石的性質與大尺寸金剛石單晶不同。根據高分辨透射電子顯微鏡觀察，奈米金剛石顆粒內部核由金剛石結構碳原子規則排列，而在顆粒外殼區域為類金剛石或類石墨的無序結構。
2 奈米金剛石的應用
奈米金剛石在強度、硬度、導熱性、奈米效應、重金屬雜質、生物相容性等方面具有的獨特效能，使其在精密拋光和潤滑、化工催化、複合鍍層、高效能金屬基複合材料、化學分析及生物醫藥等領域得到了廣泛的應用，並展現出良好的應用前景。
2.1 超精密拋光和潤滑
奈米金剛石拋光膏和懸浮液用於電子、無線電、醫學、機械製造、寶石等行業，對材料進行精密拋光。其優點是可在任何固體上獲得鏡面效果，表面粗糙度值Ra可達2～8nm。爆轟法合成的奈米金剛石粒徑分佈很窄(2～20nm)，用分佈很窄的奈米粒子作磨料進行拋光或研磨，可得到表面粗糙度值Ra為0.1～1.0nm的超光滑表面。潤滑油中加入奈米金剛石可提高發動機和傳動裝置工作壽命，節約燃油機油，降低表面磨損等。奈米金剛石具有強共價鍵和強烈的親油疏水特性，可以在各類潤滑油中形成穩定分散的膠體體系，從而將奈米金剛石粒子引入摩擦副之間，起到顯著的減摩耐磨作用。同時，由於奈米金剛石良好的抗壓效能和修復功能，可以充分發揮其協同增效作用和潤滑油新增劑之間的相互作用，研製出耐磨效能優異的複合潤滑油和新增劑。油中加入奈米金剛石後，滑動摩擦變成滾動摩擦，摩擦副表面逐漸改性，形成又硬又滑的金屬碳化物，其減摩抗磨效果是用有機化工方法無法比擬的。臺架實驗表明：在EQ6100–1型汽油機上使用奈米金剛石發動機油後，輸出功率平均提高4.2%，最高可達6.4%;燃油消耗率平均降低4.7%，最高可達10.3%;氣缸壓力提高28.9%;怠速轉速提高10.2%;發動機怠速碳氫化物排放降低60%;氮氧化物排放降低20.5%。總之，發動機動力性、經濟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;對發動機具有免拆卸清洗功能;冬季更易點火，發動機油的使用週期成倍延長。奈米金剛石磨合油可使發動機的磨合時間縮短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，磨合油使用週期大大延長。目前，奈米金剛石在該領域的應用比較成熟，除了上述在發動機油中可明顯減少尾氣排放外，還可有效地過濾重金屬和放射性物質。在溶液中，1g奈米金剛石可吸附50g Ni。潤滑油使用週期延長不僅提高了使用者的經濟效益，其本身就是對環保的巨大貢獻。
2.2 工業催化
爆轟法合成的`奈米金剛石比表面積大，具有大量的結構缺陷，化學活性高，適於用作催化劑載體，提高催化效率。石曉琴等研究了銅/奈米金剛石複合粒子對高氯酸銨熱分解的催化作用，結果表明：銅/奈米金剛石複合粒子較單一的奈米銅催化效果更好。
2.3 增強橡膠和樹脂
奈米金剛石兼具奈米粒子和超硬材料的雙重特性，利用這一特性可將其用來製造增強橡膠、增強樹脂，該應用在提高材料熱導率，聚合物降解溫度、強度和耐磨性等方面作用明顯，使奈米金剛石在新型複合材料領域具有廣闊的開發前景。目前，橡膠所用的增強劑多為炭黑，如果用爆轟法合成的奈米金剛石作為增強劑，能使其強度提高1～4倍，明顯改善其耐磨性和密封性。奈米金剛石增強聚醯亞胺可以使其降解溫度提高30℃以上，同時提高其熱導率和抗老化能力。
2.4 奈米金剛石增強金屬基複合材料
目前，研究較多的增強型金屬材料是奈米金剛石複合鍍層和彌散強化型金屬材料。奈米複合鍍技術是在電解質溶液中加入不溶性奈米顆粒，使金屬離子被還原的同時，將奈米顆粒彌散分佈於金屬鍍層的方法。複合鍍層能有效提高鍍層與基體之間的結合強度，奈米金剛石複合鍍層具有超硬、高耐磨、耐熱防腐的效能，可用於金屬表面和橡膠、塑料、玻璃等表面的塗覆。奈米複合鍍基體主要有鎳、銅、鈷等，含奈米金剛石的複合鍍鎳層用作磁碟或磁頭耐磨保護層與普通鍍層相比，其硬度增加了50%，耐磨效能增加的更顯著。王立平等利用直流電沉積技術製備了奈米金剛石增強鎳基複合鍍層，研究發現：微米鎳基質中引入奈米金剛石後，複合鍍層的硬度提高了一倍以上。許向陽等利用奈米金剛石作為增強相製備的金屬基複合材料耐磨性明顯提高，研究發現：採用粉末冶金法，經冷壓、燒結制備的ND/Al複合材料，當載荷為0.005N時，摩擦係數僅為0.005，這一數值低於純金剛石和石墨的最小摩擦係數。相英偉等用化學沉澱–熱壓成型方法制備了奈米金剛石增強Cu10Sn基複合材料，材料的摩擦係數降低50%以上。加有奈米金剛石的塑料膜極易附著在金屬上而不需要加黏結劑。加入奈米金剛石的矽膠強度可提高1～3倍。在Cr鍍液中加入奈米金剛石，可使沖模壽命提高10倍以上。原鍍金鍍層厚4μm，加入奈米金剛石後，可使鍍層減薄至2μm且保持鍍層完整，其耐磨性還大幅提高，鍍後表面色澤與不加奈米金剛石的一樣。原鍍1m2需80g金，加奈米金剛石後僅需40g金，可節省1萬多元，奈米金剛石的消耗量僅需0.4g
3 結語
由於合成工藝的差別，不同來源的金剛石奈米顆粒的結構效能和表面性能差異明顯，其中，一般靜壓單晶奈米顆粒結構緻密，而爆轟單晶團簇脆性相對較大，爆轟金剛石奈米顆粒表面具有相對更為豐富的活性基團等。因此，不同奈米金剛石顆粒的應用領域應該有所不同，具體分析和結合應用環境、技術需求及金剛石的效能特點，採用不同的金剛石奈米顆粒及其加工改性產物，應當更有利於金剛石應用。
目前，奈米金剛石功能材料領域的應用技術沒有得到根本解決，例如在生物製藥、環境保護等方面應用技術還處於探索階段，這就限制了奈米金剛石生產領域的產能提升。隨著新材料技術的發展，效能優良的奈米金剛石在功能材料領域的應用將會快速推廣，這將會推動超硬材料行業的轉型和經濟效益的提高