郑州磨料磨具磨削研究所王光祖卫凤午黄祥芬
人类将再一次倾倒于自己亲手创造的奇迹，并为自己亲手发起的革命震惊……像哥伦布穿越茫茫的海洋，第一次踏上神奇的美洲大陆；像人类第一次自由的飞翔，在无垠的太空；像爱因斯坦经过漫长的思考，洞悉了宇宙的神秘；像人类第一次听到宇航员，来自月球的光辉宣言……纳米科技又一次打开了梦想的天空。
纳米的概念实际上具有两个内涵：
首先，它是人类的认识不断向微观层面推进的结果。
其次，纳米的概念是人类的认识从分离走向综合的结果。
纳米时代的哲学思维是后现代的。因为纳米科技本身不是任何一门单独学科所可以覆盖的。纳米材料、纳米生物、纳米电子等，本身是综合了多门学科的综合性学科，同时他们之间的联系也是千丝万缕的。
每一次纳米技术的应用，都是对传统领域的彻底颠覆、彻底革命，由此带来的生产力的巨大飞跃，将使人类以往几千年文明黯然失色。
俄国博物学家卡冯伯尔说，科学的永恒性就在于坚持不懈的寻求之中，科学就其容量而言，是永不枯竭的，就其目标而言，是永不可企及的。
英国的哲学家卡尔波普说，我们的知识只能是有限的，而我们的无知，则必定是无限的。为了揭开更多的金刚石奥秘，获取更多的知识，我们的探究工作将永远在路上。本文引用若干纳米金刚石应用事例与读者共享。
1、防雾自清洁超薄金刚石纳米膜
中科院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员团队联合香港城市大学张文军教授，研究出从紫外到红外波段，具有高自透光率的超薄金刚石纳米膜，并具有防雾、水下自清洁和抗磨损特性，为光学透镜、海洋精密仪器、高清监控、红外传感器等重要领域提供了表面防护新策略。
唐永炳团队通过自主研发的自组装植晶气相沉积法，成功制造出厚度仅为45nm的高致密金刚石纳米膜，镀膜石英玻璃在紫外可见光波段的,透光率高达90%,在水下的透光高达98%,接近无镀膜石英玻璃。金刚石纳米膜在红外波段具有增透的效果，镀膜石英玻璃的透光率高达85%，较无镀膜石英玻璃高10%。
进一步研究发现，表面处理后的纳米膜具有超亲水和水下超亲油特性，使镀膜玻璃在蒸气和温度剧变的环境下仍具有透明防雾的功能，并且在水下能够抗油污粘附，实现水下自清洁功能。此外，这一种超薄金刚石纳米膜。具有优异的抗磨损性能，将高速运动的沙粒撞击金刚石纳米膜表面后，其表面形貌和透电光率基本保持不变。并且发现镀膜后的石英玻璃具有超低摩擦系数和自润滑功能，摩擦系数比无镀膜的1/3还低。
图1(a)45nm超薄金刚石纳米膜;(b)50和nm金刚石膜石英玻璃在紫外可见光波段的透光率;(c)50和nm金刚石膜石英玻璃在红外波段的透光率;(d)粘附食用油的镀膜石英片在水下自清洁和水下的接触角;(e)手机屏覆盖镀膜石英，白色虚线表示石英片边界;(f)无镀膜和镀膜石英片置于沸水之上，黄色虚线表示金刚石镀膜石英片边界;(g)无镀膜和镀膜石英月片表面的摩擦系数和划痕实验对比
目前，该宽波段高透光率的超薄金刚石纳米膜可在半导体、石英、玻璃等多种商用基体材料上制备,在光学镜头、光学元件、监控、红外传感、海洋精密仪器等领域具有良好的应用前景。(中国超硬材料，,2：80)
2、纳米金刚石解决高温废水净化难题
虽然地球上大部分地区都被水覆盖，但只有小部分是干净的，可以供小人类使用。只要可能，就必须对这样种资源进行回收利用。目前的净化技术无法充分处理一些行业产生的极热废水，加拿大阿尔伯大学的研究人员提出了将增强纳米金刚石颗粒嵌入膜中的方法，可以解决这一难题。
该团队将胺类物质附着在纳米金刚石上，并将其浸泡在乙酸乙酯溶液中，以防止球体结块，然后加入一种单体与胺类反应，与传统的膜产生化学联系。胺类连接和乙酸乙酯处理的协同作用，使膜更厚、温度更稳定，有助于改变其性能。研究人员通过增加膜中增强纳米离子的含量，与不含纳米离子膜相比，即使在华氏度条件下9个小时后，获得了更有效地处理品高温下疲废水。(科技报告与资讯,中国超硬材料,4：）
3、掺硼纳米金刚石用作超级电容器电极实现高储能设备
一种称为超级电容器的电能储存设备最近开始被认为是一种实用，甚至更好的储能设备，可以代替目前广泛使用的锂离子电池等储能设备。超级电容充放电速度更快，能够持续的工作，因而可用于车辆再生制动,可穿戴电子设备等各种应用。不过，尽管超级电容器的潜力很大，目前仍有一些缺点阻碍其得到广泛应用。主要问题之一，就是能量密度低，即单位面积空间所储的能量不足。
TAKESHIKONDO表示：如果利用不易燃，无毒且安全水电解质制成高性能的超级电容器，该超级电容能够整合至穿戴设备和其他设备，为物联网带来好处。KNODO博士与东京理科大学合作，探索利用导电材料，掺硼金刚石作为超级电池的诉能性。电极是电池或电容器中的导电材料，它将电解液与外部电线连接，将电流输出系统。该研究团队选择此电极是基于这样一种认识，即掺硼金刚石，具有宽电位窗，能够让高储能设备让水基超级电容器产生大电压。采用MPCVD技术来制造此类电极，通过测试验证发现，含有水硫酸、电解液的双电极系统中，此类电极产生的电压比传统电池高得多，因此，超级电容器的能量和功率密度也高得多。此外，他们还发现，一万次充放电循环，该电极仍然非常稳定。
获得成功之后，科学家们接着继续探索，如果将电解液变成饱和高氯酸纳溶液，此种电极材料是否拥有同样的性能？众所周知，饱和高氯酸钠溶液能够产生，比传统硫酸更高的电压。实际上该装置已经产生了更高的电压。因此正如KONDO博士所说，掺B纳米金刚石电极对于水基超级电容器非常有用，而此类电容器适合用作高速充放电的高储设备。（SEM网，超硬材料工程,4：61）
4、纳米金刚石自充电电池可能会颠覆我们所知道的能源知识
一种小型的电路板安装设计，纳米钻石电池有可能完全颠覆能源方式.，因为它不充电可以持续很多年。加利福亚公司NDB表示，纳米钻石电池，将颠覆能源方程式，就像小型核发动机一样他们可能持续十年至年无需充电。
NDB告诉我们，电池的幅射水平低于人本身产生的幅水平，使其在各种应用中完全安全。在小范围内，这些应用可以包括心脏起搏器电池和其他电子植入物，他们的长寿命将使佩戴者免于更换手术。他们也可以直接放置在电路板上，为设备的寿命提供电力。IHONE上同样大小的电池一小时可以5次把IPHONE从零充到满电。而且它可以扩展到电动汽车的尺寸，在电池组中提供超强的功率密度，可以持续供电90年之久，这种东西可以从你的旧车中拉出来，然后放到新车中。如果电池一部分出现故障，活性纳米金刚石部分可以回收到另一个电池中重新使用。对于低功率的传感器来说，这种电池可以供电长达年。（新能源网，超硬材料工程，,4：46）
5、纳米金刚石电池
目前研究纳米金刚石电池的是美国加利福尼亚的一家公司，正在研究开发的一种新型电池，它拥有的能量密度比锂离子还要高许多倍，在碰撞试验中绝对安全，更重要的是，这种电池经过封装，后续再不用充电。
该电池被称为钻石核伏（DNV），其中半导体，金属和陶瓷的组合具有两个接触表面以促进电荷收集。DNV堆栈的每一次层都包含，一个高能量的输出源。也就是说NDB电池相当于把电池和充电宝合二为一，能够为自身充电。
大家都知道，核废料是世界上一大难题，核反应堆每年产生的放射性物质超过吨，如果这些核废料被纳米金刚石电池加以利用的话，这将是人类的一大福音。
从电池的工作原理来看，许多人认为，它就像一种微型核发电机，电池无需充电，如果安装于低功传感器中，理论上的寿命确实可以达到2.8万年。
可能许多人担心，电池产生的辐射会不会影响人体安全？科学家讲，这种辐射水平远低于人体自身产生的辐射水平，所以不会构成任何危险。
如果这种电池研究成功，很有可能解决地球上存在的碳排放问题，从根本上颠覆能源的使用，而且全世界也再不用争抢能源了，与市场的锂电池相比，纳米金刚石的优点就更明显了，先不说寿命，它能够彻底摆脱化石燃料的依赖，为地球节省大量能源。
6、纳米金刚石的生物应用
癌症治疗是医学领域的难题，而癌细胞的扩散是癌症的常见的死因。由于癌细胞迁移机制复杂，至今对其了解甚少。纳米金刚石由于其良好的生物相容性和易于被功能化修饰的特性，使其作为药物载体材料在生物医学领具有广泛的应用。
中科院物理所年开始研究基于纳米金刚石的癌症治疗体系，发现在酸性细胞环境内，纳米金刚石-顺铂体系可实现顺铂药物的缓释效果，能显著抑制HeIa细胞增殖。
此外，该课题组还对纳米金刚石对肿瘤细胞迁移的抑制机制及其在体内的作用展开了深入探讨，结果表明，羧基化纳米金刚石可以提高肿瘤细胞与基底的粘附能力，从而导致细胞运动受限。在分子机理上主要表现在羧基化纳米金刚石能够下调NCa粘蛋白和波形蛋白的表达，上调E-Ca蛋白的表达，通过TGF-β信号通路逆转EMT过程。通过Phalloidin染色实验证实了，羧基化纳米金刚石还损害F肌动蛋白细胞骨架的组装，减少应力纤维和板状伪足的形成，进而抑制肿瘤细胞的迁移。未来，羧基化纳米金刚石有望作为简单的载体和探针，在生物医学领域作为肿瘤细胞迁移的新型抑制剂，在调控细胞行为方面发挥积极作用。
图2羧基化纳米金刚右抑制肿瘤细胞迁移过程示意图(中国超硬材料,,1：)
7、激光辐照纳米金刚石，传感器可以同时可作为加热源和温度计
日本大阪大学、昆士兰大学和新加坡国立大学以及工学院的科学家，使用微型的涂敷有热释放聚合物纳米金刚石来探测细胞的热性质。当被激光所发射的光照射时，传感器将同时作为加热器和温度计来进行工作，使得细胞内部的热导率可以被计算出来。这一工作将导致一套新的杀死细菌或癌症细胞的热处理技术的问世。
尽管细胞是所有有机生物体的基本单元，一些细胞在生物体内进行的物理性质依然很难研究，例如细包的热导率以及热可以通过一个目标从一边向另外一边传递（细胞一边是热的，而另一边是冷的情况下），依然保持着神秘的色彩，这一知识上的欠缺对于诸如发展目标癌症细胞的热疗法，以及关于细胞运行的基本问题等方面的应用都是非常重要的。
该团队发展了一个技术，来确定活体细胞的热导率，其测量的空间分辨率为nm。他们制造一个微型的聚合物——多多巴胺的金刚石，该金刚石在激光照射下同时发射出荧光和倍加热。试验结果表明，这一粒子是无毒的，可以用在活体细胞中进行工作。当在一个液体或细胞内部的时候，热导致纳米金刚石的温度升高。在高热导率的介质中，纳米金刚石不会变得非常热。这是因为热会迅速的扩散掉，但在一个低热导率的环境中，纳米金刚石会变得非常热，关键性是，发射光的性质取决于温度，因此，可以通过，传感器对环境的策零计算出热流的速率。
除了提高热为基础的处理来针对癌症的治疗之外，正在思考将一工作应用到代谢紊乱潜在作用上，如肥胖症的治疗上。（百度新闻）
8、量子纳米金刚石正在进行新冠病毒试点
荧光纳米金刚石中NV空位缺陷的量子自旋特性在磁场量化、温度传感和生物标记等方向上也存在广泛的应用。与中性（NVO）中心不同，NV中心的主要优势在于，其荧光可以通过自旋调控方式，进行选择性调节，从而在高背景环境中实现信号分离。
传染病对全球健康造成巨大挑战，而早期的诊断对各种传染病有效的治疗和预防至关重要。目前对传染病毒，如艾滋病病毒（HIV）或新冠病毒（Covid19）检测的方法较为紧锁，且需要较长时间。而妊娠测试相似的纸基侧向流动测试则是一种便捷检查方法，其工作方式为将纸的一端浸入样本中，通过颜色（或荧光信号）的变化与否进行诊断。这种方法敏捷且迅速，无需在实验室里处理结果，然而，当前基于纳米颗粒的生物传感器的灵敏度仍然欠缺。
英国伦敦大学的BenjaminS.Miller等与Rachel.A.Mckedry课题组合作，将荧光纳米金刚石用作体外诊断的超灵敏标签，并通过微波调节发射机强度与频域分析，将信号与背景荧光信息号分离，突破了灵敏度的限制。基于该技术的低成本的试纸对生物素-亲和素模型的检测极限8.2x10-19摩尔。在对HIV病毒检测中，比传统使用的检测金纳米颗粒的灵敏度提高了倍。此外，由于我HIV病毒相对于抗原和抗体能够被检测到（提早七天与16天）因此与现有的实验室核酸检或即时蛋白检测相比，该技术提供了更早诊断的潜力除了HIV病毒之外，该技术还适用于SARS-CoV-2病毒并正在进行新冠病毒试点。
9、纳米金刚石用于隐身材料
随着科学技术的发展，各种探测手段越来越先进。例如门户用雷达发射，电磁磁波探测飞机，利用红外探测器也可以发现放射红外物体。当前世界各国为了适应现化战争的需要，提高在军事对抗中的实力，也将隐身技术中占重要的地位。用少量纳米金刚石悬浮在涂料中将其喷涂在飞机、坦克、导弹、军能舰上，可以起到隐形防护作用。简单高效了不少，并降低了生产成本，有助于新型半导体电子材料的快速量产。
为什么超粒子，特别是纳米粒子对红外和电磁波有隐形作用呢？主要原因有两点：一方面，由于纳米微粒尺寸远小于红外和雷达波波长，因此，纳米微粒材料对这种波长的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到反射信号变得很弱，从而达到隐身作用。另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大了3、4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率比常规材料大，这就使得红外探测器和雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现探测目标，起到了隐身作用。
10、纳米金刚石增强型3D打印材料问世
芬兰纳米金刚石制造商Carbodeon和荷兰3D打印专家Taimet3D携手开发出了纳米金刚石增强型3D打印材料：uDiamond材料。基于纳米金刚石的PLA3D，打印材料可实现更快的3D打印，并能提高3D打印部件机械耐久性。纳米金刚石本身只有塑造3D打印材料结构和性质的能力。
此外，纳米金刚石改善了PLA导电性。Carbondeon的测试表明，使用消费级3D打印机，uDiamond材料也易于打印，并且可以提高打印速度到mm/s，打印部件也具有更好的机械性能。
Carbonden，首席执行官VesaMillymki说，uDiamond材料将以长丝和颗粒状两种方式进行出售。
纳米金刚石是由爆炸法产生的金刚石颗粒，且他们是目前已知的导热性最强和最硬的材料之一。研究表明，如果吸入纳米粒子会对人体有一些健康的影响，它们会对心脏、肺和大脑造成氧化应激。在良好的通风条件下进行加工是降低风险的一种方法。根据EPA和REACH的评估，Carbonden的纳米金刚石已被证明是无毒的，适用于各种应用。
随着纳米金刚石的加入，塑料加工变得更容易，机械特性也得到了改善。uDiamond材料，与市场上已有的PKA材料相比，3D打印测试件的模量最多提高到%以上。（中国刀具商务网）
联系电话：