工科院校材料专业毕业论文模板水性介质中金刚石抛光液分散性能影响因素研究

120XX 届毕业生毕业论文题 目:水性介质中金刚石抛光液分散性能影响因素研究院系名称： XXX 材料学院 专业班级：XXXX学生姓名： XXX 学 号：XXXX 指导教师： XXX 教师职称：XXX年 月 日LOGOI摘 要纳米颗粒通常指尺度在 1100nm 之间的微小固体颗粒，属于微观粒子和宏观物体交界的过渡区域，具有一系列新的物理、化学特性。纳米物质表现出这些奇异的性能的原因主要是物质进入纳米尺度后表现出了一些宏观物质不具备或在宏观物质中可忽略的物理效应。这些效应主要有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等。纳米金刚石自身诸多优秀性质是使其成为 21 世纪新材料研究的热点领域，并已在很多领域产生重要作用。21 世纪是光电信息产业迅猛发展的时期,纳米金刚石抛光液已成为超精密抛光领域的研究热点。由于能源及环境问题的日益严重，因而具有绿色环保，抛光过程散热好等优点的水基纳米金刚石抛光液将是未来发展的必然趋势。而水基纳米金刚石抛光液研究的重点则必然是纳米金刚石的解团聚和分散稳定性。本文亦将通过文献调研和实验分析研究水性介质中不同因素对纳米金刚石分散性的影响。关键词： 金刚石 分散性能 影响因素IITitle The effect of different factors on diamond dispersion properties in aqueous mediumAbstractNanoparticles are typically refers to the scale in 1 100nm of tiny solid particles, which belongs to the microscopic particles and macroscopic objects at the junction of the transition region, with a series of physical, chemical characteristics. Nanometer material exhibiting these singular performance is mainly due to the material into nanometer scale showed some macroscopic material not available or in macroscopic material are negligible in physical effects. These effects are mainly surface effect, quantum size effect, small size effect, quantum tunnel effect. Their many excellent properties of nanometer diamond is make it become the new material research fields in twenty-first Century, and has been in many fields have an important role. The Twenty-first Century is a century with a rapid development of information industry , nano diamond polishing slurry has become the research focus in the field of ultra precision polishing. Due to the energy and environmental problem is increasingly serious, the nano-diamond polishing slurry ,which has a good advantage of green environmental protection and heat dissipation, will be the inevitable trend of future development. The nano-diamond polishing slurry research focus is necessarily nano-diamond deaggregation and dispersion stability. This article will research for the effect of different factors water on nano diamond dispersion in aqueous medium by literature survey and Experiment.Keywords Diamond Dispersion properties Influence factors III目 次1 引言 11.1 纳米金刚石的发展与应用 11.2 影响水性介质中纳米金刚石分散的因素 81.3 纳米金刚石的分散机理与分散方法 81.4 水性介质中纳米金刚石分散性的研究 112 实验设置 122.1 实验准备 122.2 实验方法15结论 26致谢 27参考文献2811 引言11 纳米金刚石发展与应用1.1.1 纳米金刚石的特性金刚石在已知材料中硬度是最高的，耐磨性和研磨能力是已知材料中最好的,它的莫氏硬度是 10, 维氏硬度在 98GPa 以上，金刚石的弹性模量约为 980GPa, 抗压强度约为 13GPa, 抗拉强度约为 3. 4GPa。而金刚石的摩擦系数却极小 , 只有 0. 1 左右。金刚石同时又具有很高的热导率,常温下为 2000Wm- 1K- 1,是铜的 5 倍左右。金刚石的热膨胀系数正比于温度变化，一般在 1. 5 10- 64. 8 10- 6 - 1，随温度改变线性变化。在已知材料中，金刚石的透光波段最宽和透光性能最好, 除 26m （吸收）外的波段都有很高的透射率, x 射线和微波也能良好透过。金刚石中的传声速度约为 16200ms- 1, 约是空气的 48 倍，在已知材料中是最快的。作为一种良好的绝缘体,金刚石的性能远好于硅材料，室温时的电阻率为 1013 cm。金刚石电学性能的最大特点是可掺杂性, 利用适当的掺杂就能将金刚石制成半导体材料。金刚石的电子迁移率、空穴迁移率分别为 2000、1600cm 2v- 1s- 1, 饱和电子速度为 2. 7 107cms- 1。金刚石在 800开始发生氧化,能被某些金属溶液侵蚀， 室温下性质稳定不予酸碱作用。而纳米金刚石同时具备金刚石和纳米颗粒的双重特性,具有超硬特性、多空表面、高比表面积及球形形状特点。 纳米颗粒通常指尺度在 1100nm 之间的微小固体颗粒，属于微观粒子和宏观物体交界的过渡区域，具有一系列新的物理、化学特性。纳米物质表现出这些奇异的性能的原因主要是物质进入纳米尺度后表现出了一些宏观物质不具备或在宏观物质中可忽略的物理效应。这些效应主要有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等：（1）表面效应纳米颗粒的表面效应是指颗粒表面原子数随纳米结构尺寸减小而急剧增大后引2起的性质上的变化。纳米微粒的尺寸与表面原子数的关系如表 1。表 1 颗粒粒径、原子数及表面原子数之间的关系纳米颗粒结构尺寸减小, 表面原子数相应的急剧增加, 比表面积、表面结合能迅速增大。由于表面原子数的增加, 原子配位的不足必然导致纳米结构表面存在许多缺陷, 使这些表面具有很高的活性 , 颗粒稳定性变差 , 很容易与其它原子结合，进而引起表面原子输运和构型的变化,同时也引起表面电子自旋构相和电子能谱的变化。纳米材料的光学、光化学、电学及非线性光学性质等也因此受到重要影响。在实际应用中通过对纳米结构的表面原子加以限域钝化以消除表面态或对纳米结构表面加以修饰以使纳米粒子获得新的光学性能。（2） 量子尺寸效应量子尺寸效应是指微粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级, 吸收光谱阈值向短波方向移动。 Kubb 采用电子模型求得金属纳米晶粒的间隔 为:=43式中,Er 为费米势能,N 为微粒中的原子数。该公式说明 : 能级间距发生分裂时, 能级的平均间距与组成物体的微粒中的自由电子总数成反比, 宏观物体中原子数 N,自由电子数也趋于无限多, 则能级间距 0, 表现在吸收光谱上为一连续光谱带; 而纳米晶粒所含原子数 N 少, 自由电子数也较少, 致使 有一确定值, 其吸收光谱是向短波方向移动的具有分立结构的线状光谱。例如, 半导体纳米晶粒的电子态由宏观晶态材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级, 3表现在吸收光谱上就是从没有结构的宽吸收过渡到具有结构的吸收特征。并且其电子-空穴对的有效质量减小, 电子和空穴能态受到的影响就越明显, 吸收阈值就越向更高光子能量偏移, 量子尺寸效应就越明显。纳米材料中处于分立的能级中的电子的波动性带来了纳米材料的一系列特殊性质, 如高度光学非线性,特异性和广催化性质, 强氧化性和还原性，如随着半导体纳米晶粒粒径的减少, 分立能级增大, 其光生电子比宏观晶态材料具有更负的电位, 相应地表现出更强的还原性; 而光生空穴因具有更正的电位, 表现出更强的氧化性。（3）小尺寸效应所谓的小尺寸效应，即当固态物质的粒子尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度和透射深度等物理特性尺寸相当或更小时, 晶体周期性边缘条件将破坏, 非晶质的表面层附近原子点减小, 导致声、光、电、磁、热等特性发生显著改变。小尺寸效应使纳米材料拥有更宽更实际的应用, 如纳米级的磁性材料具有很高的矫顽力, 将其制成磁卡 , 或磁性液体, 能在电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑以及选矿等领域发挥重要作用。用于电磁波屏蔽, 飞机隐形等的纳米材料就是利用等离子共振频率随尺寸变化的性质，通过改变纳米颗粒的尺寸控制吸收边位移实现的。（4） 宏观量子隧道效应电子等微观物质具有穿越热垒的能称隧道效应。宏观量子隧道效应则指的是一些宏观的量如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器中磁通量等显示出的隧道效应。宏观量子隧道效应能够解释很多纳米材料的一些普遍现象，例如纳米镍在低温下继续保持超顺磁性。宏观量子隧道效应的研究即有重要基础理论意义, 又有积极的现实应用意义。它限定了磁介质进行信息存储的时间极限。量子尺寸效应和宏观量子隧道效应即指出了现有电子器件微型化的发展方向, 又确定了其限度，它们将构成未来电子器件的基础。纳米金刚石被誉为：“21 世纪最有前途的功能材料” 。不但是因其同时具有金刚石和纳米材料的双重 特性，同时也因为纳米金刚石自身具有某些特殊的性质：（1）晶格常数大X 衍射( XRD) 分析表明, 纳米金刚石晶格常数为 0. 3600. 365nm, 比天然立方结构金刚石的晶格常数稍大, 谱峰的展宽较严重, 这是由于纳米微晶的尺寸效应和晶格畸变共同作用造成的。通过谱线分析, 对这两量进行分辨和测量的结果显4示, 纳米金刚石晶粒尺寸在 212nm, 晶格畸变为 0. 2% 1% , 这些都比静压法合成的金刚石的畸变程度要大两倍左右。（2）规则的形貌高分辨率透射电镜研究表明, 纳米金刚石大多为单晶, 粒径分布与小角 x 射线散射的结果一致, 其表面形貌呈较规则的球形或类球形。对纳米金刚石的扫描电镜研究表明, 纳米金刚石中存在着微米和亚微米尺寸的团聚体, 有的团聚体还具有菱形或球形结构。（3）比表面较大纳米金刚石因为为其比表面达到 200 420m 2/ g, 从而具有很强的表面活性, 可吸附大量杂质原子或基团。通过傅立叶红外光谱分析发现, 纳米金刚石表面吸附有大量有机官能团，其主要为 OH（羟基） 、C=O(羰基)、COOH（羧基）以及含氮基团，占其表面积的 10%25%。这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应，为纳米金刚石在油性或水性介质中的分散提供了基础。（4）德拜温度低拜德温度是固体比热理论中的一个参量，确定了由固体原子振动所形成的弹性波可达到的最高固有频率。物质的德拜特征温度是固体的一个重要物理量,不仅反映晶体点阵的动畸变程度, 还是该物质原子间结合力的表征。物质的弹性、硬度、熔点、比热等物理量都与原子间结合力存在着一定的关系, 理论计算的纳米金刚石的德拜特征温度是 364K( 低于实际测试出的拜德温度) , 而大颗粒金刚石单晶的德拜特征温度是 1800 2242K, 这表明其原子间的结合力已大大减弱 , 并且原子中心偏移平衡位置的振幅增大了 2. 4 倍,这势必导致纳米金刚石的活性增大。（5）化学活性热稳定性是一个表征纳米金刚石性质的重要指标, 表 2 是不同保护条件下得到的起始氧化温度、终止氧化温度和反应区间。表 2 不同合成条件下纳米金刚石热稳定性的特征温度5从表可见, 纳米金刚石在空气中的起始氧化温度为 500 530 e , 比宏观大尺寸金刚石的表面起始氧化温度低, 这主要是由于纳米金刚石超强的化学活性和晶体结构的严重不完整性造成的。纳米金刚石因其同时具备金刚石和纳米颗粒的双重特性,加之自身的独有特性，是其称为纳米材料中的佼佼者（见表 3） 。表 3 常用固体微粒的性质纳米金刚石自身诸多优秀性质是使其成为 21 世纪新材料研究的热点领域，并已在很多领域产生重要作用。随着纳米金刚石材料研究持续升温和深入，纳米金刚石的发展与应用也得到更加广泛的关注。1.1.2 纳米金刚石的发展与应用现状纳米金刚石的研制和应用始于 20 个世纪 80 年代,但由于技术条件的原因其应用局限于磨料磨具领域的聚晶,抛光剂等的制造.随着产品生产加工技术的不断提升6以及人们对纳米金刚石性质不断地认识和了解,纳米金刚石已在很多领域发挥越加重要的作用，并不断地被拓宽到更多领域。纳米金刚石不仅具有金刚石的超硬、抗摩减磨、耐高温、耐强腐蚀等优异特性，而且由于粒径小（110 纳米，平均 3.2纳米） 、密度低（3.1g/cm3） 、比表面巨大（280-420m2/g） 、表面有丰富的功能团、生物兼容性好，具有冷阴极场发射功能，因而，在超级抗磨润滑油、复合电镀化学镀、芯片磁头超精细抛光、功能涂料、功能纤维、功能橡胶、功能塑料、功能陶瓷、人造牙齿骨骼、超薄显示器、隐形材料等领域具有广阔的应用。在传统领域，纳米金刚石主要用于金属复合镀层和抛光液等。纳米金刚石与金属复合镀层镀附后零件使用寿命提高 19 倍.镀层厚度可降低 12 倍。纳米金刚石的金属镀层