纳米金刚石固相胺化及其分散研究

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近几十年来,除了传统的高温高压法和化学气相沉积法合成纳米金刚石,负氧平衡爆轰合成纳米金刚石是一种应用广泛的方法。由爆轰法合成的爆轰灰,包含纳米金刚石和一些杂质,需经过化学净化过程去除非金刚石碳和非碳杂质。纳米金刚石表面含有不同性质的官能团,包括:羧基、氨基、酮基。这些基团的生成可以通过化学反应来得到,这样的修饰可以使纳米金刚石(DND)拥有全新的应用价值,使得其和原料金刚石不一样。当纳米金刚石表面与氨基基团键接时,形成胺化纳米金刚石,表面胺化是纳米金刚石的一种化学功能化方法。早期,研究工作者尝试表面胺化纳米金刚石的研究是基于紫外诱导的酰氯化金刚石表面与氨气反应封端,然而这样处理会对纳米金刚石表面带来不必要的污染,为了成功的对纳米金刚石表面进行胺化处理且不影响纳米金刚石优异的性能和表面性质,新的胺化方法亟待研究。本论文主要采用机械-化学改性的方法制备了表面胺化的纳米金刚石,并通过红外光谱仪检测分析了胺化改性前后的纳米金刚石粉体的表面结构和电位滴定法确定氨基含量。胺化改性原理是通过机械的方法,将纳米金刚石粉体与胺化试剂氯化铵(NH4Cl)进行球磨。球磨过程中,球磨能使胺化试剂(NH4Cl)分解出氨基官能团,氨基官能团通过共价键的方式固定在纳米金刚石表面。红外光谱图分析胺化纳米金刚石在1401 cm-1出现C-N伸缩振动峰,说明胺化成功。并通过分析机械-化学改性的影响因素设计了不同研磨介质比,研磨时间,胺化试剂比,研磨助剂比的变化进行了正交试验,确定了最优的胺化方案:最佳研磨介质比为1:5,磨时间为2 h,胺化试剂比为1:10和研磨助剂比为1:5,最大氨基含量为173.7 μmol/g。研究了每种因素对纳米金刚石胺化效果的影响并对各影响因素下纳米金刚石的分散情况做了相应的研究,研究发现:经表面胺化改性的纳米金刚石在水中具有很好的分散效果,通过马尔文Zeta电位仪检测其最小粒径可达40.2 nm,且能长期稳定保存。同时,将胺化改性后分散好的纳米金刚石胶体经干燥后,对其进行再次分散研究。研究发现干燥后的纳米金刚石粉末能很好地再次分散在DMSO、乙醇、DMF、水等溶剂中其分散粒径均小于100 nm呈胶体状态同时也能长期稳定保存。
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