纳米金刚石是纳米材料家族中的一个重要成员，它不仅具有金刚石所固有的优异特性，还具有纳米材料所拥有的奇异性能，其特性使其非常适合一系列应用，包括航空航天和卫星工业。本文概述了纳米金刚石、它们在航空航天和卫星工业中的应用、商业实例和前景以及其在其他领域的应用简介。

纳米金刚石材料是什么?

纳米金刚石又称爆轰纳米金刚石（DND）、超分散金刚石（UDD），指以压力、热量和酸为介质，从爆 炸产生烟尘中提取出来的非金属碳材料，根据存在形式不同，纳米金刚石可分为纳米金刚石多晶和单分散纳米金刚石粒子两类。纳米金刚石主要合成方法包括高能球磨法、高温高压法、爆轰法和化学气相沉积法四种。高能球磨法又称破碎法，指利用球磨机将金刚石进行破碎，制得不同尺寸的纳米金刚石，该法操作简单，适合规模化生产，但成品中的杂质含量较高；高温高压法指在高温高压条件下，将石墨粉转化为纳米金刚石，该法具有安全系低、生产成本高等缺陷；爆轰法和化学气相沉积法为目前纳米金刚石的主流合成方法。

纳米金刚石最有趣的特性之一是它们的硬度。它们是已知最坚硬的材料之一，其硬度接近天然钻石。因此，纳米金刚石具有高度耐磨性，使其非常适合用于对耐久性至关重要的应用。纳米金刚石还具有出色的导热性，使其可用于散热很重要的应用。它还具有独特的光学特性，具有广泛的吸收光谱，范围从电磁波谱的紫外线到近红外区域，使得它们可用于一系列光学应用，包括用作荧光标记和光学器件中的组件。

纳米金刚石在航空航天和卫星中的应用和优势

纳米金刚石在航空航天和卫星工业中有许多应用，而主要用途之一是作为涂层材料。该涂层应用于飞机、卫星和火箭的部件和表面，以提供增强的机械和热性能。使用纳米金刚石涂层可以提高部件的耐磨性、耐腐蚀性和导热性。此外，纳米金刚石涂层可以通过减少摩擦和磨损来提高推进系统的效率。

纳米金刚石的另一个应用是复合材料的开发。复合材料由于其轻质和高强度的特性广泛应用于航空航天工业。纳米金刚石可以添加到复合材料的基体材料中，以提高其强度和耐久性，还可以改善其热性能和电性能。

纳米金刚石还用于润滑和抛光应用。由于它们的硬度和低摩擦系数，它们可以用作润滑剂中的添加剂以改善其性能。同样，它们可用于抛光应用，以生产高质量、无划痕的表面。

纳米金刚石在航空航天和卫星中的实际应用

几家公司和研究小组正在研究用于航空航天和卫星应用的纳米金刚石。芬兰纳米金刚石制造商 Carbodeon 就是这样的一家公司。Carbodeon 生产用于航空航天和卫星工业的纳米金刚石涂层。他们的涂层被应用于涡轮叶片和火箭喷嘴以提高它们的性能。Carbodeon 的纳米金刚石涂层已被证明可以提高组件的耐用性和耐磨性，并增强导热性。

另一家研究纳米金刚石的公司是总部位于英国的合成金刚石制造商Element Six。Element Six生产用于复合材料和涂层材料的纳米金刚石。他们的纳米金刚石用于航空航天工业，以改善部件的机械和热性能。例如，Element Six的纳米金刚石复合材料已被证明可以提高飞机结构的抗疲劳性和损伤容限。

最近发表在美国化学学会期刊ACS Applied Materials and Interfaces上的一项研究重点研究了通过碳纳米管在不同速度下的弹道破碎来生产用于卫星应用的纳米金刚石。结果表明，这种高能碰撞会导致纳米管中的原子键破碎，并在某些情况下重新形成不同的结构。

纳米金刚石在航空航天和卫星中的应用前景

纳米金刚石在航空航天和卫星工业中的前景可期。随着研究人员继续探索纳米金刚石的独特特性，这种材料的新应用很可能会出现。特别是，纳米金刚石在增材制造（3D 打印）中的应用是一个活跃的研究领域。通过将纳米金刚石结合到 3D 打印部件中，可以改善它们的机械和热性能。

此外，人们越来越关注使用纳米金刚石作为辐射屏蔽。航空航天和卫星行业在保护其设备和人员免受辐射的有害影响方面面临着重大挑战。由于其高密度和原子组成，纳米金刚石已被证明具有出色的辐射屏蔽性能。通过将纳米金刚石加入屏蔽材料中，可以提高辐射防护系统的有效性。

最后，纳米金刚石也有可能用于开发新的推进系统。纳米金刚石已被证明具有独特的热性能，使其成为热推进系统的理想选择。研究人员目前正在探索纳米金刚石在一系列推进系统中的应用，包括电力和化学火箭。

纳米金刚石的其他应用

1、用于润滑油、固体润滑剂和润滑冷却液

纳米金刚石添加润滑油中具有以下优越性：

提高产品的质量和竞争能力；提高运输工具盒装置的工作寿命；节约燃滑油材料

摩擦动量降低20%-40%。

摩擦面磨损减少30%-40%。

摩擦副的快速磨合。

2、用作研磨和抛光

美国、英国等国家已制备成纳米抛光液，并有商品出售。常规的抛光液是将不同粒径的颗粒放入基液制成抛光剂，广泛用于金相抛光、高级照像镜头抛光、高级晶体抛光以及岩石抛光等。最细的颗粒尺寸一般在微米到亚微米级。随着高技术的飞快发展，要求晶体的表面有更高的光洁度。这就要求抛光剂中的颗粒越来越细，分布越来越窄，纳米微粒为实现这个目标提供了基础。目前已制成的用纳米金刚石配置的超精抛光液、抛光膏，可用于红、蓝宝石、首饰、高级光学镜头和激光镜头的精抛光，表面粗糙度可达Rmax＜＜1nm 。

3、用于磁性录音系统

纳米金刚石在磁带和磁盘的铁磁镀膜中应用作为减磨的添加剂和物理的变性剂。将其添加到电化学的复合膜中，可改善磁性录音的稳定性。纳米金刚石添加到铁磁层明显地减少磁畴（铁磁体的颗粒），即录音密度明显地增大。

纳米金刚石引入到磁头洁净的专用膜中，其耐磨性明显地增大。含有纳米金刚石的软磁信息载体具体有以下优越性：磁载体层磨损下降，能确保磁头和读数的最佳工作条件，磁载体摩擦减少，及其运转稳定性的提高。

与纯CoP镀膜比较CoP-纳米金刚石软磁的非晶膜显示，显微硬度增大30%；耐磨性提高3.5倍；摩擦系数减少28.6%；磁头铁芯的使用寿命增加1倍。与纯电化学或化学镀CoP镀层比较，CoP-纳米金刚石的硬磁多晶体的显微硬度提高20%，腐蚀电流减少37.5%，磁性录音载体的使用寿命增大，添加纳米金刚石，无论是软磁的非晶质的，还是硬磁镀层的磁性都没有变化。

4、用于隐身材料

近年来，随着科学技术的发展，各种探测手段越来越先进，例如，用雷达发射电磁波可以探测飞机；利用红外探测器也可以发现放射红外线的物体。当前，世界各国为了适应现代化战争的需要，提高在军事对抗中的实力，也将隐身技术作为一个重要的研究对象，其中隐身材料在隐身技术中占有重要地位。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、军舰上，可以起到隐形防腐的作用。

5、纳米金刚石用于医疗

纳米微粒的尺寸一般比生物体内的红细胞、红血球小的多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径，即利用纳米微粒进行细胞分离、细胞染色及利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部治疗等，关于这方面的研究现在处于初级阶段，但却有广阔的应用前景。 纳米金刚石异常高的吸附能力，大的比表面积，表面上的大量自由电子（数目多的原子供体），纳米晶体表面上大量的含氧官能团，颗粒的化学惰性，表面的亲水特性，对其可能用于治疗的药剂是重要的。

总之，纳米金刚石是一种迷人的材料，具有独特的特性，使其非常适合一系列应用，包括航空航天和卫星工业。它们的硬度、导热性和光学特性使它们成为涂料、复合材料、润滑剂和抛光应用的理想选择。

文章来源： AZO NANO，宏武纳米，共研网