專利名稱：振動(dòng)球磨膨脹石墨制備納米金剛石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米金剛石的制備方法。
背景技術(shù)：
納米金剛石除了具有高的硬度、楊氏模量以及熱導(dǎo)率等金剛石的基本性質(zhì)以外還具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等納米材料的通性，使得納米金剛石在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因此受到越來越多的關(guān)注。石墨是自然界豐富的碳源，以石墨為原料制備納米金剛石無疑會(huì)大大降低成本， 然而人工合成金剛石需要一個(gè)超高溫高壓的極端條件。追溯歷史，早在1953年，瑞典科學(xué)家Baltzar von Platen加壓石墨/Fe3C的混合物,首次人工合成了金剛石。隨后,許多科學(xué)家研究出多種方法來制備納米金剛石。目前，人工合成納米金剛石的制備方法主要有爆炸法、氣相沉積法、沖擊波法。 1961年，Paul S. De以石墨為碳源,采用爆炸法瞬間制備出了微晶金剛石。此方法確實(shí)可以批量生產(chǎn)納米金剛石粉體，但是也有明顯的不足之處一、爆炸過程極短，反應(yīng)過程中包含著復(fù)雜的物理化學(xué)變化，反應(yīng)過程不易控制。二、考慮到爆炸過程的危險(xiǎn)性，制備條件受限?；瘜W(xué)氣相沉積法也是一種較為成熟的制備納米金剛石的方法。任瑛等以Ar + CH4 + H2混合氣體作為氣源，采用熱絲化學(xué)氣相沉積法在單晶硅〈100〉基片上沉積納米金剛石。 沉積過程中，氬氣的濃度直接影響到納米金剛石顆粒的大小，當(dāng)氬氣的體積分?jǐn)?shù)為98%時(shí)， 得到了平均晶粒尺寸為54 nm的金剛石顆粒，顯然這對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)效率有著嚴(yán)重的影響。 K. Yamada等以熱解碳為原料采用沖擊波法制備出了納米金剛石，但是其設(shè)備和操作過程及其復(fù)雜且無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、安全可控、可批量生產(chǎn)的振動(dòng)球磨膨脹石墨制備納米金剛石的方法。本發(fā)明的制備方法如下
I、膨脹石墨的制備在室溫條件下，采用插層劑對(duì)35 100目的天然鱗片石墨進(jìn)行插層處理，該插層劑是體積比為濃度為98%的硫酸濃度為30%的雙氧水=10 :1. 5的混合液，每 g石墨放入上述插層劑I. 7 2. O ml，然后水洗至PH值為6，在干燥箱中80 °C烘干24 h, 最后在1000 °C進(jìn)行高溫膨化處理,制備出其膨脹體積為100 280 ml/g的膨脹石墨。2、納米金剛石的制備將上述膨脹石墨放入高能振動(dòng)球磨機(jī)球磨罐中，磨球?yàn)?GCrl5軸承鋼鋼球，磨球與膨脹石墨的質(zhì)量比(即球料比)為30:1 50:1，在空氣或氬氣保護(hù)環(huán)境中裝機(jī)，為防止球磨期間膨脹石墨發(fā)生團(tuán)聚，向磨罐中注入乙醇作為球磨介質(zhì)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為60(T900 r/min,球磨時(shí)間為20 40 h，待球磨罐冷卻至室溫，即得到粒徑為5 10 nm的納米金剛石。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)克服了當(dāng)前制備納米金剛石過程中繁瑣的操作流程、特殊的制備條件和生產(chǎn)效率低的問題，其操作簡單、成本低廉、安全可控，并且便于批量生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I獲得的納米金剛石的電鏡圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2獲得的納米金剛石的電鏡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
在室溫條件下，取6 glOO目的天然石墨片進(jìn)行插層處理，放入插層劑10.2 ml，該插層劑為10:1.5濃度為98%的硫酸和濃度為30%的雙氧水的混合液，水洗至PH值為6，然后在干燥箱中80 °C烘干24 h,之后在1000 °C條件下進(jìn)行高溫膨化處理，制備出膨脹體積為 100 ml/g的膨脹石墨。將I g上述膨脹石墨和30 g GCrl5軸承鋼鋼球放入高能振動(dòng)球磨機(jī)的球磨罐中，注入I ml乙醇，氬氣氣氛中裝機(jī)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為900 r/min，球磨40 h，待球磨罐的溫度完全冷卻至室溫，即得到粒徑大小為5 10 nm的納米金剛石。如圖I所示，其中白色箭頭標(biāo)注的位置即為納米金剛石結(jié)構(gòu)，對(duì)指定的正方形區(qū)域進(jìn)行傅里葉變換，得到了圖中左上角衍射光斑，進(jìn)一步證明了該區(qū)域?yàn)榧{米金剛石結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2
在室溫條件下，取6 g35目的天然石墨片進(jìn)行插層處理，放入插層劑11. 5 ml，該插層劑為10 :1.5濃度為98%的硫酸和濃度為30%的雙氧水的混合液，水洗至PH值為6，然后在干燥箱中80 °C烘干24 h,之后在1000 °C條件下進(jìn)行高溫膨化處理，制備出膨脹體積為 280 ml/g的膨脹石墨。將I g上述膨脹石墨和50 g GCrl5軸承鋼鋼球放入高能振動(dòng)球磨機(jī)的球磨罐中，注入I ml乙醇,在空氣氣氛中裝機(jī),球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為600 r/min,球磨20 h, 待球磨罐的溫度完全冷卻至室溫，即得到粒徑大小為5 10 nm的納米金剛石。如圖2所示，其中白色箭頭標(biāo)注的位置即為納米金剛石結(jié)構(gòu)，對(duì)指定的正方形區(qū)域進(jìn)行傅里葉變換，得到了圖中左上角衍射光斑，進(jìn)一步證明了該區(qū)域?yàn)榧{米金剛石結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3
在室溫條件下，取6 g80目的天然石墨片進(jìn)行插層處理，放入插層劑12. O ml，該插層劑為10:1. 5濃度為98%的硫酸和濃度為30%的雙氧水的混合液，水洗至PH值為6，然后在干燥箱中80 °C烘干24h，之后在1000 °C條件下進(jìn)行高溫膨化處理，制備出膨脹體積為200 ml/g的膨脹石墨。將I g上述膨脹石墨和40 g GCrl5軸承鋼鋼球放入高能振動(dòng)球磨機(jī)的球磨罐中，注入I ml乙醇，氬氣氣氛中裝機(jī)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為800 r/min，球磨30 h，待球磨罐的溫度完全冷卻至室溫，即得到粒徑大小為5 10 nm的納米金剛石。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)球磨膨脹石墨制備納米金剛石的方法，其特征在于(1)在室溫條件下，采用插層劑對(duì)35 100目的天然鱗片石墨進(jìn)行插層處理，該插層劑是體積比為濃度為98%的硫酸濃度為30%的雙氧水=10 :1. 5的混合液，每g石墨放入上述插層劑1. 7 2. 0ml，然后水洗至PH值為6，在干燥箱中80 °C烘干24h，最后在1000 V 進(jìn)行高溫膨化處理，制備出其膨脹體積為100 280 ml/g的膨脹石墨；(2)將上述膨脹石墨放入高能振動(dòng)球磨機(jī)球磨罐中，磨球?yàn)镚Crl5軸承鋼鋼球，磨球與膨脹石墨的質(zhì)量比為30:1~50:1，在空氣或氬氣保護(hù)環(huán)境中裝機(jī)，向磨罐中注入乙醇作為球磨介質(zhì)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700 900 r/min,球磨時(shí)間為20 40 h,待球磨罐冷卻至室溫，即得到粒徑為5 1Onm的納米金剛石。
全文摘要
一種振動(dòng)球磨膨脹石墨制備納米金剛石的方法，主要是采用插層劑對(duì)石墨片進(jìn)行插層處理，該插層劑是體積比為濃度為98%的硫酸濃度為30%的雙氧水=10:1.5的混合液，每克石墨放入上述插層劑1.7~2.0ml，水洗至PH值為6,在干燥箱中80℃烘干24h,最后在1000℃進(jìn)行高溫膨化處理，制備出膨脹石墨。將上述膨脹石墨放入高能振動(dòng)球磨機(jī)球磨罐中，球料比為30:1~50:1，在空氣或氬氣保護(hù)環(huán)境中裝機(jī)，向磨罐中注入乙醇作為球磨介質(zhì)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為600~900r/min，球磨時(shí)間為20~40h，待球磨罐冷卻至室溫，即得到粒徑為5～10nm的納米金剛石。本發(fā)明操作簡單、成本低廉、安全可控，并且便于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102583361SQ20121004139
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者張瑞軍, 徐江, 王建新 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)