其二，关节窝3的制备方法如下:选取纳米钻石烯和聚乙烯，加入粘结剂后连续搅拌至混合均匀后，再放入模具中制成胚体，冷却后采用超声波法进行表面处理，得到关节窝成品。粘结剂采用改性环氧树脂。
[0017]实施例2
本实施例与实施例1的区别在于:关节窝中纳米钻石烯和聚乙烯的体积比为2: 3，关节窝的表面粗糖度为0.08微米，关节头中超细钻石稀层的厚度为2微米，超细钻石稀层中的纳米钻石稀的平均粒径R为30nm。
[0018]实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:关节窝中纳米钻石烯和聚乙烯的体积比为1:1，关节窝的表面粗糙度为0.06微米，关节头中超细钻石烯层的厚度为1.5微米，超细钻石烯层中的纳米钻石稀的平均粒径R为20nm ο
[0019]实施例4
本实施例与实施例1的区别在于:关节窝中纳米钻石烯和聚乙烯的体积比为1:1，关节窝的表面粗糙度为0.04微米，关节头中超细钻石烯层的厚度为1微米，超细钻石烯层中的纳米钻石稀的平均粒径R为20nm。
[0020]纳米钻石烯的性能测试如下:
(l)XRD分析
图2是a:爆炸法纳米金刚石;b:本发明中纳米钻石稀;c:石墨;d:石墨稀的XRD谱图。[0021 ]由图2的XRD谱图可知，通过X射线粉末衍射仪(Cu Κα射线，管电压40Kv，管电流40mA,λ=1.54056A)测试表明，本发明的纳米钻石烯在衍射角2Θ=43.93°和75.3°可以看到非常明显地衍射峰，与典型的金刚石相衍射峰(111)、(220)相对应，可以证明本发明的新型纳米钻石烯是具有金刚石物相结构的碳纳米片，同时从XRD谱图上可以看出本发明的新型纳米钻石烯的衍射主峰(111)的衍射强度远大于爆炸法合成的纳米金刚石，说明本发明的钻石烯结晶性远比爆炸法合成的纳米金刚石强。同时可以看出石墨烯和石墨在衍射角2Θ =26.3°可以看见明显地衍射峰，与典型的石墨烯和石墨衍射峰(002)对应，与本发明的新型纳米钻石烯出峰位置不同，这说明本发明的新型纳米钻石烯与石墨、石墨烯的物相构成是不同的，碳纳米管的主衍射峰的出峰位置为26.4°，对应的晶面为(002)，这与本发明的钻石烯也是不同的。根据谢乐公式D=，1(为常数，β为半高宽，本发明的钻石烯晶粒大小是爆炸法合成的纳米金刚石的5倍左右，这意味着本发明的钻石烯在碳原子结构上畸变很小，结晶性良好，因为晶粒越小越容易产生晶格畸变，这对于扩大纳米金刚石的应用范围更为有利。
[0022](2)ΤΕΜ 分析
图3是a:爆炸法纳米金刚石;b:本发明的新型纳米钻石稀;c:石墨;d:石墨稀的TEM分析图。对应的1为局部放大图，2为对应的HRTEM图，1图左上角插图为对应的SAED图。
[0023]由图3可以明显地看出本发明的纳米钻石烯的形貌区别于其它碳材料，而且是一种多层片状结构，从1图左上角的SAED图我们可以看出，本发明的钻石烯是一种单晶结构，而爆炸法制备的纳米金刚石是团聚的颗粒组成的，且为多晶结构，石墨和石墨烯均为片状结构，这种片状结构与本发明的钻石稀不同，本发明的钻石稀的片长在200_500nm之间，石墨和石墨稀的片长在1 Own以上，而且厚度也比石墨、石墨稀要厚。从SAED图我们也可以看出，虽然都呈现单晶电子衍射，但石墨和石墨烯的SAED图是典型的六角晶系的SAED图，不同于本发明制备的钻石烯，这说明本发明的钻石烯与石墨、石墨烯具有不同的晶体结构。
[0024]从HRTEM图可以看出晶格间距均为0.21nm，与金刚石相(111)面晶格间距0.206nm接近，这说明这种片状结构的产物都是沿着(ill)面的，从图中我们还可以看出纳米钻石烯分散性远比爆炸法制备的纳米金刚石要好，且比表面积大，更加容易在表面上吸附其它官能团，从而实现对金刚石表面的功能化处理，扩大其应用范围。
[0025](3)MAS NMR分析
图4是a:本发明的纳米钻石稀、b:爆炸法纳米金刚石的MAS NMR分析。
[0026]由图4可以看出本发明的纳米钻石烯为层状结构，爆炸法合成的纳米金刚石是由两种不同的碳C1和C2构成的，其中C1碳的出峰位置与本发明的钻石烯不同，这说明这两种纳米金刚石里面的碳原子排布存在着一定的差别。本发明的纳米钻石烯是具有sp3轨道杂化碳和sp2轨道杂化碳两种不同的碳结构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接，使层与层之间有许多电子空位，电子空位方便电子自由出入，其中，如图5所示，sp3轨道杂化碳是立体结构的杂化碳，sp2轨道杂化碳是平面结构的杂化碳这与爆炸法合成的纳米金刚石的碳结构是不同的。而石墨烯具有一种二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子组成的六边形，碳原子之间的结合方式是sp2轨道杂化，石墨是同层的六个碳原子组成的六边形，同层的碳原子之间的结合方式是sp2轨道杂化形成化学键，而层与层之间是靠范德华力连接的，纳米管中的碳原子以sp2轨道杂化为主，同时还存在着一定的弯曲，可形成一定的sp3杂化键，即在同一弯曲面内形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，这些碳材料的碳原子排布均不同于本发明的纳米钻石稀。
[0027](4)Raman 光谱分析
图6是纳米钻石稀的Raman光谱图，(a)粒径250nm; (b)粒径200nm; (c)粒径lOOnm; (d)粒径50nm。
[0028]从图6可以看出，合成的不同粒径的层状结构的钻石烯具有爆炸法合成的纳米金刚石类似的Raman光谱图，但是与其不同的是，随着样品粒径的变化，Raman光谱图也发生着规律性的变化，其两个主峰D峰和G峰的强度逐渐在减弱，这主要是由于样品本身的结构发生了改变，sp2碳和sp3碳两种碳原子构成了一种特殊的二聚体结构，随着样品粒径的变化，这种特殊的二聚体结构含量逐渐增大导致两个主衍射峰强度逐渐减弱。
【主权项】
1.钻石烯人工关节，包括相互配合的关节头和关节窝，其特征在于:所述关节头包括金属基体，金属基体外面设有超细钻石烯层，超细钻石烯层由纳米钻石烯组成;所述关节窝由纳米钻石稀和聚乙稀制得，其中纳米钻石稀和聚乙稀的体积比为2:3或1:1;关节窝的表面粗糙度小于0.1微米;所述纳米钻石烯为层片状单晶结构，纳米钻石烯中同一片层的碳原子之间为同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接;纳米钻石稀的晶格间距为0.21nm;纳米钻石稀的平均粒径为R，20 < R < 500nm；纳米钻石烯的C含量为99?100%。2.如权利要求1所述的钻石烯人工关节，其特征在于:所述超细钻石烯层的厚度小于3微米。3.如权利要求2所述的钻石烯人工关节，其特征在于:所述超细钻石烯层中的纳米钻石烯的平均粒径为R，20 <R< 50nmo4.如权利要求3所述的钻石烯人工关节的制备方法，其特征在于: 其一，关节头的制备方法如下:先对关节头的金属基体进行表面净化处理，再采用化学沉积法或物理沉积法，以纳米钻石烯为原料，在金属基体表面形成超细钻石烯层，得到成品; 其二，关节窝的制备方法如下:选取纳米钻石烯和聚乙烯，其中纳米钻石烯与聚乙烯的体积比为2:3或1:1，加入粘结剂后连续搅拌至混合均匀后，再放入模具中制成胚体，冷却后进行表面处理，得到成品。5.如权利要求4所述的钻石烯人工关节的制备方法，其特征在于:粘结剂采用改性环氧树脂。
【专利摘要】本发明属于人工关节技术领域，具体公开了一种钻石烯人工关节，包括相互配合的关节头和关节窝，关节头包括金属基体，金属基体外面设有超细钻石烯层，超细钻石烯层由纳米钻石烯组成；关节窝由纳米钻石烯和聚乙烯制得，其中纳米钻石烯和聚乙烯的体积比为2:3或1:1；关节窝的表面粗糙度小于0.1微米。本发明硬度高、耐磨性好且使用寿命长。
【IPC分类】A61L27/08, A61L27/04, A61L27/30, A61L27/16
【公开号】CN105477683
【申请号】CN201510890821
【发明人】郭留希, 赵清国, 杨晋中, 刘永奇, 薛胜辉, 陈庆丰, 尚跃增, 项嘉义
【申请人】郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月7日