1。2　研究历史

1。3　纳米金刚石形成机理

　　炸药的爆轰是带有高速化学反应的冲击波以大于介质中的声速沿炸药传播的动力学过程，传播速度一般为数百米到数千米每秒。UFD的爆轰合成是近十几年来逐渐发展和完善的新兴技术，是利用负氧平衡条件下，炸药在一个充有惰性介质密闭容器中爆轰产生的瞬时超高温高压，使释放的自由碳原子重新排列、聚集晶化后形成UFD[16,17]。

从1990年开始，Yamada等提出的UFD生成机理为，在爆轰反应区域中，最开始碳的状态为类气态自由碳，其在高温高压下由于过饱和，首先凝聚成碳液滴，然后结晶相变成金刚石。Malkov等在高爆温炸药的研究当中也发现这样的相变确实存在，并且提出了UFD生长过程当中两个阶段的模型：（1）0。1~1。0μm碳液滴的形成；（2）碳液滴冷却结晶成UFD。周刚等人对UFD的研究报道当中也表明认同上述的观点。

目前的研究结果表明，爆轰法制成UFD可以分为三个阶段。第一阶段中，炸药在高温和高压下发生转变。由于爆炸，游离碳必然出现在爆轰产物中。爆轰波的压力和温度为生成金刚石相并阻止金刚石 - 石墨转变提供了必需的热力学条件。在第二阶段中，爆轰产物迅速膨胀，金刚石颗粒被冷却到低于石墨化温度以下。第三阶段中，爆轰产物和炸药周围介质之间进行强烈的热交换。介质的比热、含量以及化学活性共同决定了最终温度以及达到该温度所用的时间[18]。

　　从发表的文献当中可以发现，爆轰法制得的UFD的尺寸基本上在2~10nm之间，这个结论与Shaw等人发表的报道当中，认为爆轰法制得的UFD的长度可以达到20nm有所违背。李世才等人在自己的研究成果中发现，因为纳米尺寸效应引起熔点降低，严重限制了碳的聚结，所作出的结论为温度是UFD尺寸形成的限制条件。另外，爆轰波前的高温高压状态仅能持续零点几个微妙，所以整个合成过程所经历的时间也限制了制备UFD的最大尺寸。Badziag从能量角度估算后认为，2nm左右的颗粒在能量上最有利。

1。4　工艺研究

　　在UFD的合成工艺方面的研究，主要分为包药结构和保护介质两个方面，因为爆轰化学反 应过程与装药结构有关，周围介质对爆轰产物的分散过程起抑制作用，是爆轰产物向金刚石想转变。Greiner等人也对在TNT中添加不同比例的RDX，TATB及NQ等炸药进行了研究。Petrov等人对爆炸罐中填充不同的气体介质，以及凝聚态介质对UFD得率的影响进行了实验研究，得到了UFD得率与整个爆炸罐的热容量成正比的结论。Kolomiichuk通过实验得出：UFD相的得率与生长和添加物分子结构特性有关。压力装置中的压力会直接影响炸药和有机物分子的分解，只有压力达到使他们分解的阈值时，才会有UFD生成。在混合炸药与有机物混合装药时，UFD的得率都比较低，研究发现，提供“碳源”的有机物应当在爆轰波的作用下很容易形成碳原子团，芳香族添加物由于苯环分子的不稳定性与内部的低密度都会导致炸药起爆后形成碳原子团，从而显著加速金刚石碳相的生长。但是链状碳原子结构的烷烃只能形成无定形碳。

　　国内专家对爆轰法合成的因素进行了研究，分别在炸药的组成，装药的尺寸、结构，炸药中添加物的种类和量，冷却介质的种类、状态，爆炸室的体积、结构等对金刚石得率、基本颗粒和团聚尺寸的影响做了研究，得到了UFD的尺寸与炸药爆温的关系，UFD的尺寸随爆温的增加而增加[19]。

　　爆轰固相产物当中主要包含有金刚石、石墨、无定形碳等固相碳产物及金属碎屑杂质，所以需要对产物进行提纯处理。在UFD的制备中，提纯工艺最为复杂，对UFD的产率、性能、纯度影响非常大，并且提纯工艺的的费用约占总成本的60%，严重制约UFD的大量生产。文献综述 UFD爆轰合成纳米金刚石及其性能表征(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_91648.html