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激光轰击法制备纳米金刚石的提纯研究
孙景,江雷,杜希文,雷贻文,翟琪,杨星
(天津大学材料科学与工程学院,天津 300072)

摘要:用 Nd:YAG 脉冲激光轰击循环水中的石墨细微颗粒悬浮液的方法已成功
制备出纳米金刚石粉末,但在产物中存在着大量的原料残余。为了从混合物中获
得纳米金刚石,分别用热选择空气氧化法和化学酸氧化法(不同浓度)来提纯产
物混合粉末中的纳米金刚石。通过分析处理后样品热失重曲线和透射电镜,比较
这两种提纯方法的结果,最终得出结论:采用热选择空气氧化法不能够有效提纯
激光轰击法所制备的纳米金刚石;用纯高氯酸作为氧化剂可以有效地提纯激光轰
击法制备的纳米金刚石。
关键字:纳米金刚石;提纯;氧化法
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基金项目:教育部博士点基金(2003056004)

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纳米金刚石兼有金刚石和纳米颗粒的双重特性,在电镀、润滑和精抛等领域
具有广阔的应用前景[1]。纳米金刚石的激光合成是利用激光的瞬间能量冲击空气
或液体中的碳,使之转变成金刚石[2,3]。我们通过前期的研究工作[4],用Nd:YAG
激光轰击循环液体中的石墨(或碳黑)颗粒成功制备出纳米金刚石,并已申请国
家发明专利(申请号:)。
这种激光法制备得到的纳米金刚石的平均粒径为 5-10nm,激光作用后的产
物为纳米金刚石同剩余的石墨(或碳黑)粉末,且均匀地混合在一起。为了获
得较纯净的纳米金刚石,必须把产物加以提纯。
目前爆轰法合成纳米金刚石的提纯方法已比较成熟,采用酸洗氧化去除石墨
和无定形碳等杂质,分离出金刚石,氧化过程通常采用的化学试剂是高氯酸、硫
酸+高锰酸钾、硫酸+过氧化氢、硫酸+重铬酸钾等[5]。但除高氯酸外,其它的
试剂组合在常温下都有很强的氧化性,而且在高温下容易放出大量的热而发生爆
炸,危险性较大。文献[5]提到有用H2O2+有少量HNO3高温(150-260ºC)、高压(3Mpa
-10MPa)的提纯方法。俄罗斯圣彼得堡工学院采用的稀HN03高压(8Mpa- 12MPa)提
纯的方法已经在工业化生产中得到了应用。这种方法效果好,除碳快,但是成本
高[6],而且还有一定的危险。
[7]报道了另外一种氧化法,他发现在733K大气中碳黑的氧化速度比金
刚石快得多,并以此来提纯金刚石。基于这个观点,我们先采用热选择氧化法除
去激光作用后产物中的石墨(或碳黑),来提纯纳米金刚石。
激光合成纳米金刚石的产物与爆轰法有所不同,而且纳米金刚石的尺寸也
不一样。目前对激光法产物的提纯未见有关文献报道。为此,本文研究用热选
择氧化法提纯和化学氧化法的提纯方法对激光轰击法制备纳米金刚石产物混合
粉末进行提纯,比较提纯效果,寻找一种有效的提纯激光轰击法制备纳米金刚
石粉末的工艺。

2-(温度)选择氧化法
热(温度)选择氧化法简单易行,只要选择合适的温度进行加热氧化就可
以将纳米金刚石与石墨、碳黑区分开来,因此是我们首选的方案。但从激光合
成纳米金刚石的产物中直接用热(温度)选择氧化法来进行实验有很多困难,
因此本文采用对纳米金刚石、石墨和碳黑在不