19
【知識庫】納米金剛石：沖破“大而不強”困局，開啟中國制造“黃金時代”！
在全球高端制造與新興技術加速融合的背景下，納米金剛石正憑借其獨特的物理化學性質，成為多個戰略產業的關鍵材料：據Grａnd View Research (GVR) 報告，預計到2030年全球納米金剛石市場的規模將達到7.221億美元，并在預測期內以11.9%的復合年增長率（CAGR）持續擴大。
其中精密拋光領域占比超40%——在半導體行業，隨著3nm以下制程晶圓需求激增，納米金剛石拋光液已能實現單面拋光速率達3μm/h、表面粗糙度Ra<0.2nm的極致效果，支撐著臺積電、三星等企業的高良品率生產；在復合材料領域，其作為增強相可使鋁合金抗拉強度提升至600MPa以上，被空客A350機翼結構件采用后，實現整機減重15%；生物醫學方向，表面氨基化的5nm金剛石顆粒作為藥物載體，在腫瘤靶向治療中展現出比傳統脂質體高3倍的富集效率，目前已有相關納米藥物進入臨床二期試驗；而作為潤滑添加劑，20-50nm顆粒可使發動機摩擦系數降低至0.03，經中國石化測試，在重卡發動機中可延長換油周期2倍、節油率達5.2%……這些數據正推動納米金剛石從實驗室走向數十億級產業舞臺。
當前，我國金剛石產業已形成全球最大的生產體系，但結構分化顯著：2024年中國金剛石產業白皮書》（中國超硬材料網發布）指出：傳統工業金剛石領域，我國年產量持續突破新高，2023年國內工業金剛石產量突破200億克拉，同比增長15%繼續，占據全球90%以上市場份額，其中河南作為核心產區。單晶尺寸普遍集中在0.5-2mm級別，主要用于建材加工、石油鉆探等中低端市場。
反觀納米金剛石，當前全國年產能約2億克拉（不足傳統金剛石總產量的 1%），70%以上仍為粒徑分布寬泛的初級粉體，高附加值應用占比不足12%。但半導體級納米粉體報價超300元/克，單價可達傳統金剛石的50-100倍。
這種“大而不強"的格局下，產業升級迫在眉睫——傳統金剛石生產依賴機械破碎分級，粒度范圍在1~100μm（400~8000目），無法滿足納米級精度需求9；而納米金剛石的核心應用（如半導體拋光需D50≤10 nm、量子傳感需5 nm級氮空位色心）要求粒度誤差小于1 nm。
因此，研發升級先進工藝，快速突破納米金剛石工業化量產技術瓶頸。同時加強質量控制，提升研發、產品檢測質控能力，是產業轉型升級的重中之重。在工藝上，改進目前國內主流的爆轟法工藝，提升產品質量；研發或者引進更加高端、先進的CVD法進軍高端市場。應用導向上從“硬度優先"轉向功能化設計，如表面羧基化提升生物相容性，或硼摻雜實現半導體特性；質控上從篩網或者沉降法分級升級為離心分離、電泳分選等納米分散技術，并引入納米粒度電位儀實時監測材料粒度及Zeta電位以抑制團聚。通過工藝改進、新產品研發和品質測控三管齊下，相信我們的金剛石產業升級將進入快車道。
NS-90Z Plus納米粒度及電位分析儀采用動態光散射技術測量粒子和顆粒的粒度，采用電泳光散射技術測定顆粒Zeta電位和電位分布，融合了馬爾文帕納科恒流模式下的M3-PALS快慢場混合相位檢測分析技術，提升了儀器的電位分析性能，升級了兼容多種樣品池功能，可分析樣品濃度和粒度范圍也得到了明顯提升，能滿足廣大納米材料、制劑開發和生產用戶的顆粒粒度和Zeta電位的測試需求。
實驗部分
OMEC
1
主要樣品和材料
納米金剛石、3‰十二烷基苯磺酸鈉溶液、去離子水
▲ 圖1 納米金剛石
▲ 圖2 粒徑及電位樣品池
2
主要設備和儀器
NS-90Z Plus納米粒度及電位分析儀；
超聲波細胞粉碎機；
▲ NS-90Z Plus納米粒度及電位分析儀
3
樣品制備測試方案
純凈水介質分散：稱取適量樣品，加入微量3‰十二烷基苯磺酸鈉溶液浸潤樣品，加入去離子水攪拌均勻，采用探頭式超聲分散15min
4
結果與討論
以上方法對納米金剛石樣品進行粒徑和電位的測試結果如圖所示：
▲ 圖3 納米金剛石粒徑報告
▲ 圖4 納米金剛石電位報告
粒徑及電位結果重復性如下：
可見結果重現性良好，分散方法穩健可靠。
5
結論
整體上，用NS-90Z Plus表征納米金剛石的粒徑及電位方法穩健、科學，結果真實，可靠，重復性表現優異，對納米金剛石相關研究及實際應用都具有重要的指導意義。
當由3nm金剛石顆粒構成的拋光液為芯片表面提供原子級平整度，成為支撐萬億晶體管通路得以成功雕琢的基石；20nm的納米金剛石進入復合材料領域，用于航空航天部件減輕重量并提高耐高溫性……這些單價超越黃金百倍的高端應用，正在重新定義“中國制造"的含金量。這不是簡單的技術迭代，而是一場從“噸位"到“品位"、從“產量大國"向“價值強國"跨越的關鍵一躍！
方式1：
撥打售前熱線：、
（掃描下方二維碼，關注“珠海歐美克儀器"微信公眾號，在輸入框輸入“銷售"，直接撥打熱線）
方式2：
掃描下方二維碼，關注“珠海歐美克儀器"微信公眾號，在輸入框輸入您的聯系方式和地區，將有地區銷售與您直接聯系。
點擊【閱讀原文】
了解更多顆粒測量產品資訊