专利名称：振动球磨膨胀石墨制备纳米金刚石的方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米金刚石的制备方法。
背景技术：
纳米金刚石除了具有高的硬度、杨氏模量以及热导率等金刚石的基本性质以外还具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米材料的通性，使得纳米金刚石在很多领域得到广泛应用，因此受到越来越多的关注。石墨是自然界丰富的碳源，以石墨为原料制备纳米金刚石无疑会大大降低成本， 然而人工合成金刚石需要一个超高温高压的极端条件。追溯历史，早在1953年，瑞典科学家Baltzar von Platen加压石墨/Fe3C的混合物,首次人工合成了金刚石。随后,许多科学家研究出多种方法来制备纳米金刚石。目前，人工合成纳米金刚石的制备方法主要有爆炸法、气相沉积法、冲击波法。 1961年，Paul S. De以石墨为碳源,采用爆炸法瞬间制备出了微晶金刚石。此方法确实可以批量生产纳米金刚石粉体，但是也有明显的不足之处一、爆炸过程极短，反应过程中包含着复杂的物理化学变化，反应过程不易控制。二、考虑到爆炸过程的危险性，制备条件受限。化学气相沉积法也是一种较为成熟的制备纳米金刚石的方法。任瑛等以Ar + CH4 + H2混合气体作为气源，采用热丝化学气相沉积法在单晶硅〈100〉基片上沉积纳米金刚石。 沉积过程中，氩气的浓度直接影响到纳米金刚石颗粒的大小，当氩气的体积分数为98%时， 得到了平均晶粒尺寸为54 nm的金刚石颗粒，显然这对提高工业生产效率有着严重的影响。 K. Yamada等以热解碳为原料采用冲击波法制备出了纳米金刚石，但是其设备和操作过程及其复杂且无法实现量产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、安全可控、可批量生产的振动球磨膨胀石墨制备纳米金刚石的方法。本发明的制备方法如下
I、膨胀石墨的制备在室温条件下，采用插层剂对35 100目的天然鳞片石墨进行插层处理，该插层剂是体积比为浓度为98%的硫酸浓度为30%的双氧水=10 :1. 5的混合液，每 g石墨放入上述插层剂I. 7 2. O ml，然后水洗至PH值为6，在干燥箱中80 °C烘干24 h, 最后在1000 °C进行高温膨化处理,制备出其膨胀体积为100 280 ml/g的膨胀石墨。2、纳米金刚石的制备将上述膨胀石墨放入高能振动球磨机球磨罐中，磨球为 GCrl5轴承钢钢球，磨球与膨胀石墨的质量比(即球料比)为30:1 50:1，在空气或氩气保护环境中装机，为防止球磨期间膨胀石墨发生团聚，向磨罐中注入乙醇作为球磨介质，球磨机的转速为60(T900 r/min,球磨时间为20 40 h，待球磨罐冷却至室温，即得到粒径为5 10 nm的纳米金刚石。本发明与现有技术相比具有如下优点克服了当前制备纳米金刚石过程中繁琐的操作流程、特殊的制备条件和生产效率低的问题，其操作简单、成本低廉、安全可控，并且便于批量生产。
图I是本发明实施例I获得的纳米金刚石的电镜图。图2是本发明实施例2获得的纳米金刚石的电镜图。
具体实施例方式实施例I
在室温条件下，取6 glOO目的天然石墨片进行插层处理，放入插层剂10.2 ml，该插层剂为10:1.5浓度为98%的硫酸和浓度为30%的双氧水的混合液，水洗至PH值为6，然后在干燥箱中80 °C烘干24 h,之后在1000 °C条件下进行高温膨化处理，制备出膨胀体积为 100 ml/g的膨胀石墨。将I g上述膨胀石墨和30 g GCrl5轴承钢钢球放入高能振动球磨机的球磨罐中，注入I ml乙醇，氩气气氛中装机，球磨机的转速为900 r/min，球磨40 h，待球磨罐的温度完全冷却至室温，即得到粒径大小为5 10 nm的纳米金刚石。如图I所示，其中白色箭头标注的位置即为纳米金刚石结构，对指定的正方形区域进行傅里叶变换，得到了图中左上角衍射光斑，进一步证明了该区域为纳米金刚石结构。实施例2
在室温条件下，取6 g35目的天然石墨片进行插层处理，放入插层剂11. 5 ml，该插层剂为10 :1.5浓度为98%的硫酸和浓度为30%的双氧水的混合液，水洗至PH值为6，然后在干燥箱中80 °C烘干24 h,之后在1000 °C条件下进行高温膨化处理，制备出膨胀体积为 280 ml/g的膨胀石墨。将I g上述膨胀石墨和50 g GCrl5轴承钢钢球放入高能振动球磨机的球磨罐中，注入I ml乙醇,在空气气氛中装机,球磨机的转速为600 r/min,球磨20 h, 待球磨罐的温度完全冷却至室温，即得到粒径大小为5 10 nm的纳米金刚石。如图2所示，其中白色箭头标注的位置即为纳米金刚石结构，对指定的正方形区域进行傅里叶变换，得到了图中左上角衍射光斑，进一步证明了该区域为纳米金刚石结构。实施例3
在室温条件下，取6 g80目的天然石墨片进行插层处理，放入插层剂12. O ml，该插层剂为10:1. 5浓度为98%的硫酸和浓度为30%的双氧水的混合液，水洗至PH值为6，然后在干燥箱中80 °C烘干24h，之后在1000 °C条件下进行高温膨化处理，制备出膨胀体积为200 ml/g的膨胀石墨。将I g上述膨胀石墨和40 g GCrl5轴承钢钢球放入高能振动球磨机的球磨罐中，注入I ml乙醇，氩气气氛中装机，球磨机的转速为800 r/min，球磨30 h，待球磨罐的温度完全冷却至室温，即得到粒径大小为5 10 nm的纳米金刚石。
权利要求
1.一种振动球磨膨胀石墨制备纳米金刚石的方法，其特征在于(1)在室温条件下，采用插层剂对35 100目的天然鳞片石墨进行插层处理，该插层剂是体积比为浓度为98%的硫酸浓度为30%的双氧水=10 :1. 5的混合液，每g石墨放入上述插层剂1. 7 2. 0ml，然后水洗至PH值为6，在干燥箱中80 °C烘干24h，最后在1000 V 进行高温膨化处理，制备出其膨胀体积为100 280 ml/g的膨胀石墨；(2)将上述膨胀石墨放入高能振动球磨机球磨罐中，磨球为GCrl5轴承钢钢球，磨球与膨胀石墨的质量比为30:1~50:1，在空气或氩气保护环境中装机，向磨罐中注入乙醇作为球磨介质，球磨机的转速为700 900 r/min,球磨时间为20 40 h,待球磨罐冷却至室温，即得到粒径为5 1Onm的纳米金刚石。
全文摘要
一种振动球磨膨胀石墨制备纳米金刚石的方法，主要是采用插层剂对石墨片进行插层处理，该插层剂是体积比为浓度为98%的硫酸浓度为30%的双氧水=10:1.5的混合液，每克石墨放入上述插层剂1.7~2.0ml，水洗至PH值为6,在干燥箱中80℃烘干24h,最后在1000℃进行高温膨化处理，制备出膨胀石墨。将上述膨胀石墨放入高能振动球磨机球磨罐中，球料比为30:1~50:1，在空气或氩气保护环境中装机，向磨罐中注入乙醇作为球磨介质，球磨机的转速为600~900r/min，球磨时间为20~40h，待球磨罐冷却至室温，即得到粒径为5～10nm的纳米金刚石。本发明操作简单、成本低廉、安全可控，并且便于批量生产。
文档编号B82Y40/00GK102583361SQ20121004139
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者张瑞军, 徐江, 王建新 申请人:燕山大学