[发明专利]一种表面改性的纳米金刚石颗粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米金刚石技术，特别涉及一种表面改性的纳米金刚石颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

金刚石也称钻石，具有自然界中最高的硬度、最大的杨氏模量、最快的纵波音速、最宽的透明范围、最高的导热系数，是集各种优异的性能于一体的新型功能材料。“钻石恒久远，一颗永流传”是描述金刚石材料具备极佳化学稳定性和耐腐蚀性，因而极其适合在恶劣化学环境下使用。

纳米金刚石颗粒是金刚石材料的新成员，它不但具有大块金刚石所固有的综合优异性能，还因其比表面积大，表面原子数多，表面能高，具有很高的表面活性等奇异特性。纳米金刚石颗粒是指平均粒度分布小于150纳米的金刚石颗粒。纳米金刚石颗粒的制备通常有两种办法，即由上往下法和由下往上法。由上往下法使用人造金刚石或天然金刚石大块单晶或多晶体作为原料，然后采用机械分散的方法分散方法，如研磨，球磨，搅拌分散，超声分散，将其打碎打散，逐步得到纳米尺度的金刚石颗粒。

金刚石本身是一种特殊的宽禁带半导体材料，其禁带宽度达到5.5eV，经过适当掺杂，即可具备一定的电学性能。然而，纳米金刚石颗粒的应用尚处于起步阶段，目前主要集中在机械性能上的应用，如用作抛光液原料，耐磨部件的表面涂层，增韧填充颗粒等。通过对纳米金刚石颗粒进行改性并利用其电学性能，结合其优异的化学稳定性和耐腐蚀性，可满足在恶劣化学环境下的应用需要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面改性的纳米金刚石颗粒的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的表面改性的纳米金刚石颗粒。

本发明的再一目的在于提供上述表面改性的表面改性的纳米金刚石颗粒的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种表面改性的纳米金刚石颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗纳米金刚石颗粒；

(2)对步骤(1)处理后的纳米金刚石颗粒进行表面氢化处理，使纳米金刚石颗粒表面形成C-H键；

(3)进行表面化学改性：将步骤(2)得到的纳米金刚石颗粒置于浓度为20％～50％过氧化氢溶液中浸泡2～5小时，同时使用紫外光照射；在纳米金刚石颗粒表面形成OH键。

步骤(1)所述清洗纳米金刚石颗粒，具体可包括以下步骤：

(1-1)去除金属杂质和去除石墨杂质；

(1-2)使用蒸馏水清洗3遍以上；

(1-3)干燥样品。

步骤(1-1)所述去除金属杂质，具体包括以下步骤：

将纳米金刚石颗粒置于盐酸和硝酸混合液中，在100～150℃下加热1～3小时，去除纳米金刚石中的金属杂质；其中盐酸和硝酸混合液由浓度为37％的盐酸和浓度为68％的硝酸以1∶1～3∶1的体积比例组成。

步骤(1-1)所述去除石墨杂质，具体包括以下步骤：

将纳米金刚石颗粒置于硫酸和硝酸混合液中，在150～300℃下加热3～24小时，去除纳米金刚石中的石墨杂质；其中硫酸和硝酸混合液由浓度为98％的硫酸和浓度为68％的硝酸以3∶2～4∶1的体积比例组成。

步骤(2)所述对步骤(1)得到的纳米金刚石颗粒进行表面氢化处理，使纳米金刚石颗粒表面形成C-H键，具体为：将步骤(1)处理后的纳米金刚石颗粒置于氢的等离子体中，处理时间大于30min，温度为500～800℃，使纳米金刚石颗粒表面形成C-H键。

所述氢的等离子体为微波等离子体，由氢气通过微波化学气相沉积装置产生，其中微波功率300～800W，温度500～800℃，氢气流速50～100ml/min，压力30～80mbar。

步骤(3)所述紫外光的波长为254nm。

上述制备方法得到的纳米金刚石颗粒的表面形成OH键。

上述制备方法得到的纳米金刚石颗粒可用于制备湿度传感器及类似元器件。

上述制备方法得到的纳米金刚石颗粒还可用于生物改性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

本发明通过对纳米金刚石颗粒进行表面改性，在纳米金刚石颗粒表面形成OH键，由于OH键具有亲水性，可吸附周围环境中的水分；并且由于纳米金刚石颗粒比表面积大，因此本发明制备的表面改性的纳米金刚石颗粒对湿度非常敏感，而且制备方法简单易行。该方法在气态或液态中进行，对颗粒改性充分，OH键分布均匀。经过OH改性后的金刚石颗粒不仅可用于水分测量，还可以用于生物改性等其他用途。

附图说明