申請?zhí)枺?01310466423

　　申請人：江蘇大學(xué)

　　摘要：本發(fā)明涉及一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法與裝置。激光發(fā)生裝置發(fā)出的納秒脈沖激光輻照石墨粉末與去離子水的混合液，石墨粉末吸收激光能量后迅速生成高溫高壓等離子體，在納秒級的極端非平衡過程中，金剛石形核并長大。錐形噴嘴噴出錐形高壓氣體阻擋反應(yīng)中飛濺出的微量液體，保護(hù)激光頭并回收飛濺液體，提高了納米金剛石的合成效率。本發(fā)明克服了現(xiàn)有人工合成金剛石法條件苛刻或合成效率低的問題，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下納米金剛石顆粒的合成，合成出的納米金剛石分散性好，尺寸分布均勻，在超精密加工與潤滑方面有重要應(yīng)用。

　　獨(dú)立權(quán)利要求：1.一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，具體實(shí)施步驟為：A將石墨粉與去離子水混合制成質(zhì)量濃度為0.01~0.04g/ml的石墨混合液；B將盛有石墨混合液的容器放入超聲波清洗機(jī)中；C打開儲(chǔ)氣罐，調(diào)節(jié)流量閥和氣體增壓裝置，使錐形氣嘴向所述盛有石墨混合液的容器內(nèi)提供保護(hù)氣體，所述錐形氣嘴噴出氣體的壓力為30~50MPa；D打開激光發(fā)生裝置，激光束聚焦于石墨混合液液面以下1~3mm，激光作用時(shí)間1~3h；E對激光輻照后的石墨混合液進(jìn)行干燥和酸煮提純處理，去除產(chǎn)物中多余的碳和雜質(zhì)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述激光束波長為1064nm，脈寬10ns，脈沖頻率為2~10Hz，作用區(qū)激光功率密度為1~12′109W×cm-2。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述步驟A中的石墨粉為鱗片石墨粉，含碳量399.0%，粉末粒徑為1~5mm。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述步驟B中的超聲波清洗機(jī)中水的液面高于石墨混合液1~2cm。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述步驟C中的錐形噴嘴噴出的氣體形成錐形包絡(luò)面，濺射液遇到高壓保護(hù)氣時(shí)沿著包絡(luò)面返回至容器內(nèi)，阻止飛濺液體污染激光頭并收集濺射液。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述步驟C中的保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚝狻?br />
　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的方法，其特征在于，所述步驟E中的酸煮提純處理為將干燥后的產(chǎn)物加入高氯酸中加熱至190℃并保溫3h。

　　8.一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的裝置，包括激光發(fā)生系統(tǒng)；所述激光發(fā)生系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)（1）、激光發(fā)生裝置（2）、全反鏡（3）和激光加工頭（4），所述激光加工頭（4）由聚焦透鏡（5）和保護(hù)鏡（6）組成，聚焦透鏡（5）位于保護(hù)鏡（6）正上方；其特征在于，還包括反應(yīng)系統(tǒng)和氣體保護(hù)系統(tǒng)；所述反應(yīng)系統(tǒng)包括石墨混合液（15）、塑料容器（14）、水（13）和超聲波清洗機(jī)（12），所述石墨混合液（15）置于所述塑料容器（14）中，所述塑料容器（14）置于超聲波清洗機(jī)（12）中，所述超聲波清洗機(jī)（12）中裝有水（13），所述氣體保護(hù)系統(tǒng)依次由儲(chǔ)氣罐（11）、流量閥（10）、橡膠軟管（9）、氣體增壓閥（7）、壓力計(jì)（8）、可調(diào)塑料管道（16）和噴嘴（17）組成，所述噴嘴（17）一端與所述可調(diào)塑料管道（16）連接，另一端插入到所述所述塑料容器（14）中。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種納秒脈沖激光輔助制備納米金剛石的裝置，其特征在于，所述噴嘴（17）為錐形噴嘴。