[發明專利]超分散納米金剛石水溶膠的制備

有效

• 申請號: 201410516116.0
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104261404A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 劉道彬;王昌達;亞西爾·阿布杜爾·哈利姆;宋禮
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C01B31/06
• 分類號: C01B31/06;C09G1/02;A61K47/04;B82Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明屬于納米金剛石的加工領域，其應用涉及精密研磨、拋光加工、復合材料、生物藥物運輸等領域，具體涉及一種納米金剛石解團聚的方法，尤其涉及一種10nm納米金剛石水溶膠的制備方法。

背景技術

納米金剛石除了繼承了金剛石的優點以外，同時還具有納米材料的特性，擁有優異的力學、熱學、光學、電學性能，化學性能穩定且具有良好的生物相容性，因此其在精密研磨、拋光加工以及生物醫療等領域都有著潛在的應用價值。納米金剛石是由4～12nm尺寸大小的顆粒團聚形成的，目前工業化生產的納米金剛石平均粒徑在2um左右，顆粒大小從幾百納米到十幾微米。團聚體是在負氧平衡下高溫高壓合成時，形成的液態碳滴之間相互碰撞，在冷卻過程中一起結晶形成的硬團聚體。硬團聚是納米金剛石團聚的主要形式，它的存在嚴重阻礙了納米金剛石的發展，使其優良的性能難以得到發揮，要推動納米金剛石的應用必須要解決硬團聚問題，要獲得穩定分散的納米金剛石水溶膠也要解決此問題。現有的納米金剛石解團聚方法主要使用化學和機械的相互作用，通過機械的方法產生剪切力，同時加入穩定劑和分散劑獲得穩定分散的納米金剛石水溶液，此類方法獲得的納米金剛石水溶膠顆粒大小普遍分布在100nm左右，難以真正獲得幾納米大小的初級顆粒水溶膠，另外溶液中加入穩定劑或分散劑也限制了納米金剛石在一些新興領域的應用，如精密加工、復合材料、生物醫療領域。因此迫切需要有一種方法可以獲得穩定分散的初級納米金剛石水溶膠。

發明內容

本發明的目的是基于目前納米金剛石解團聚過程中還存在的問題，提出一種能夠獲得初級納米金剛石顆粒的方法，制備無任何添加劑的，穩定分散的納米金剛石水溶膠。

因此，本發明的第一個方面是提供一種納米金剛石解團聚的方法，所述方法包括以下步驟：

a將納米金剛石原粉與濃硝酸在反應釜中反應，用去離子水將產物清洗至中性，即獲得了酸化納米金剛石；

b將酸化納米金剛石和去離子水，置于球磨罐內，并加入球磨珠，常溫或更低溫度下濕法球磨，得到初始分散的納米金剛石水溶液；

c將初始分散的納米金剛石取出后，加入去離子水進行超聲處理；

d將超聲后的納米金剛石水溶液靜置、離心。

在一個優選的實施方案中，步驟a中使用的納米金剛石原料為為爆轟法所得的團聚體，未進行任何處理，如未經過提純處理，其粒徑從幾百納米到十幾微米不等，納米金剛石含量在55wt％～75wt％。

在一個優選的實施方案中，步驟a中所述反應釜的溫度為200℃，反應時間為4h。

在一個優選的實施方案中，步驟a中對原料進行酸化處理時選用濃硝酸，所述濃硝酸的質量分數為65％，納米金剛石原料與濃硝酸的質量比為1:40。

在一個優選的實施方案中，步驟b中所述酸化納米金剛石和所述去離子水的質量比為(1～10)：100，球磨珠大小為0.02-0.1mm，優選的，在一個球磨過程中以直徑為0.1mm或0.02mm～0.03mm的球磨珠作為介質；所述球磨珠為球磨罐內體積的60％～75％；另外相同條件下，球磨珠粒徑越小，所獲得的小顆粒納米金剛石的占比就越大，粒徑大小也就越均勻；在一個優選的實施方案中，所述球磨在室溫下進行的，采用的是一種高效的行星式球磨機，最高轉速為650r/min。

在一個優選的實施方案中，所述球磨機轉速為650r/min，在優化過程中發現，球磨機轉速對最終產物的粒徑大小也有著顯著的影響，球磨機轉速越快，所獲得的納米金剛石粒徑越小，占比也越大。

在一個優選的實施方案中，所述球磨時間為6～8h，球磨時間過短時，無法使納米金剛石顆粒得到充分的研磨，球磨時間過長時，由于球磨過程中產生的大量熱無法及時散出，所得產物顆粒粒徑反而會增大，在一個優選的實施方案中，采用通入一定量液氮的方法可以解決這一問題，另外如果使用其他高效球磨機(如砂磨機)也可以采用通入冷卻水的方式。

在一個優選的實施方案中，步驟c中所述超聲處理采用球磨珠輔助超聲法，即球磨珠和步驟b所得納米金剛石水溶液一起超聲，優化的超聲功率為800～1000W，超聲時間為3h，延長超聲時間并不能進一步減小納米金剛石顆粒的粒徑。

在一個優選的實施方案中，所述超聲的同時通入冷卻水，防止超聲時溫度過高。

在一個優選的實施方案中，步驟d中所述靜置用于去除納米金剛石中含有的有機雜質。

在一個優選的實施方案中，步驟d中所述離心用于去除可能含有的大顆粒團聚體，離心速度為4000rpm，離心時間為30min～60min。