纳米金刚石有许多优良性质，它不仅继承着大块金刚石的优异性能，在纳米颗粒的状态下继续发挥作用，而且展现出许多块体材料不曾有的特征，具有诱人的应用价值。本文重点介绍以下几个方面的应用。
1．纳米颗粒在润滑油添加剂中的应用
纳米金刚石具有高硬度和稳定性，很早就被考虑作为润滑油添加剂使用。最初有人认为，纳米金刚石在润滑液中起到“滚珠轴承”作用。Chou等指出，这并非是一个普遍规律，因为在不同的机械或机构中，存在着不同的润滑机制。例如，润滑油中的纳米金刚石嵌入到碳钢表面层可以减少摩擦和磨损；不同的是，铝合金的磨损机制则是由纳米金刚石悬浮液的粘度主导的。据报道，添加含有爆轰烟灰(金刚石)的润滑油，可以使燃料消耗降低约5％，并且延长发动机工作持续时间。他们推测，这是由于纳米金刚石磨掉了滑动表面上的粗糙物，从而降低了摩擦，而烟灰中的石墨起到润滑作用。然而，这种推测并未得到广泛佐证。Ivanov等报道，高纯度的纳米金刚石能够独自改善摩擦性能，无论是单独分散，还是与聚四氟乙烯或者与金属纳米颗粒一起分散在油脂或润滑油中，都能起到这种作用。最近，Hsin等报道，将适当浓度的纳米金刚石嫁接高分子复合颗粒分散添加到润滑油中，能够有效地改善润滑油的摩擦学性能，极大地减小摩擦系数(达75％)、降低磨损率(达99％)，并具有很好的负载容量。由于纳米金刚石-高分子复合颗粒与润滑油的相容性好于纳米金刚石，因而高分子嫁接到纳米金刚石表面有效地改善了纳米金刚石添加剂的耐久性和润滑性。这一进展极有可能改变润滑油的内在品质，具有非常重要的科学意义和应用价值。
2．纳米复合材料及其应用
金刚石具有优良的力学性能和热学性能，而纳米金刚石更具有很好的表面化学活性，因而纳米金刚石是一种极好的复合材料填充物。另外，纳米金刚石核体具有稳定的化学性质、生物相容性且无毒，因而非常适合作为生物和医学材料。添加纳米金刚石后，聚合物的机械强度、耐磨性和导热性往往都有显著的改善。Behler等在聚合物中加入含有大密度纳米金刚石的电喷纳米纤维，再制成透明薄膜。测试结果显示，含有20％纳米金刚石的聚酰胺薄膜的力学性能大为改善，其杨氏模量提高到4倍，硬度提高到2倍。这类薄膜能为各种表面提供紫外线防护、抗划痕等，极为适合应用于需要力学、热学和介电性质均优良的领域。Mo-chalin等将乙二胺的氨基共价连接到纳米金刚石表面的羧基上，使纳米金刚石获得具有反应活性的氨基官能团，并将这种胺化纳米金刚石再与环氧树脂反应制成复合材料，其中纳米金刚石颗粒以共价形式结合在聚合物骨架中。这种复合材料的硬度提升3倍、杨氏模量提高50％、蠕变显著降低。最具吸引力的也许是Neitzel等的研究成果，当聚合物渗入到多孔纳米金刚石构成的骨架中并结合后，材料的力学性能大大提高。他们研制的纳米金刚石-环氧聚合物复合材料的杨氏模量提高到470％，硬度提升到300％，抗划痕和导热性也有显著改善。该类复合材料的性能还有很大的改善空间，当纳米金刚石与陶瓷、金属、聚合物等基体材料形成较强的共价界面时，这种效果就可能实现。毫无疑问，这类纳米复合材料在生物组织工程和再生医学两个领域也有着潜在的应用前景，尤其是修复受损组织。因此，在纳米金刚石的研究中，纳米复合材料的研究发展较快，其作用不可低估。
3．荧光效应及其在医学影像领域的应用
在纳米金刚石的光学性质中，荧光性质是其最具特色的性质之一。由于纳米金刚石中存在氮原子，当其最近邻格点形成空位时，就形成了氮一空位(NV)中心。NV中心包括两种类型：中性的NVo中心和带负电的NV一中心。这两种NV中心具有不同的发射光谱。值得特别关注的是NV中心，因为它有一个特殊的自旋基态，其自旋量子数S＝1。在光激励条件下，这个自旋基态能转变为自旋极化态，因而通过电子顺磁共振就可以对这个自旋基态进行操控。再者，它具有很长的自旋相干时间。这种荧光NV中心及其性质在高分辨磁感应、荧光共振能量转移及生物医学影像领域有着潜在的应用价值。研究表明，由梯恩梯(TNT)和黑索金(RDX)混合物爆轰制备得到的粒径约为5 nm的纳米金刚石中存在NV中心，已经观察到其发出的间隙光。由梯恩梯、黑索金及石墨混合物制备的粒径较大的纳米金刚石(>20 nm)中也能检测到从NV中心发出的稳定荧光。纳米金刚石嫁接或者吸附荧光物质也构成了纳米金刚石荧光颗粒。这类荧光纳米颗粒能够在各种pH值的细胞间隔中穿行，即使经过较长一段持续时间，也不会降解其表面耦合的荧光物质，或者改变细胞的生物活性。最近，Mochalin等在带有羧基(-COOH)的纳米金刚石表面共价连接十八胺，得到能够发出高亮度蓝色荧光的纳米金刚石。Chang等指出，由于荧光纳米金刚石具有生物相容性，无毒，表面化学性质丰富，再结合其半导体量子点的小尺度、高光学稳定性和明亮的多色荧光优势，有可能引发有机体内影像领域的变革。
1．纳米颗粒在润滑油添加剂中的应用
纳米金刚石具有高硬度和稳定性，很早就被考虑作为润滑油添加剂使用。最初有人认为，纳米金刚石在润滑液中起到“滚珠轴承”作用。Chou等指出，这并非是一个普遍规律，因为在不同的机械或机构中，存在着不同的润滑机制。例如，润滑油中的纳米金刚石嵌入到碳钢表面层可以减少摩擦和磨损；不同的是，铝合金的磨损机制则是由纳米金刚石悬浮液的粘度主导的。据报道，添加含有爆轰烟灰(金刚石)的润滑油，可以使燃料消耗降低约5％，并且延长发动机工作持续时间。他们推测，这是由于纳米金刚石磨掉了滑动表面上的粗糙物，从而降低了摩擦，而烟灰中的石墨起到润滑作用。然而，这种推测并未得到广泛佐证。Ivanov等报道，高纯度的纳米金刚石能够独自改善摩擦性能，无论是单独分散，还是与聚四氟乙烯或者与金属纳米颗粒一起分散在油脂或润滑油中，都能起到这种作用。最近，Hsin等报道，将适当浓度的纳米金刚石嫁接高分子复合颗粒分散添加到润滑油中，能够有效地改善润滑油的摩擦学性能，极大地减小摩擦系数(达75％)、降低磨损率(达99％)，并具有很好的负载容量。由于纳米金刚石-高分子复合颗粒与润滑油的相容性好于纳米金刚石，因而高分子嫁接到纳米金刚石表面有效地改善了纳米金刚石添加剂的耐久性和润滑性。这一进展极有可能改变润滑油的内在品质，具有非常重要的科学意义和应用价值。
2．纳米复合材料及其应用
金刚石具有优良的力学性能和热学性能，而纳米金刚石更具有很好的表面化学活性，因而纳米金刚石是一种极好的复合材料填充物。另外，纳米金刚石核体具有稳定的化学性质、生物相容性且无毒，因而非常适合作为生物和医学材料。添加纳米金刚石后，聚合物的机械强度、耐磨性和导热性往往都有显著的改善。Behler等在聚合物中加入含有大密度纳米金刚石的电喷纳米纤维，再制成透明薄膜。测试结果显示，含有20％纳米金刚石的聚酰胺薄膜的力学性能大为改善，其杨氏模量提高到4倍，硬度提高到2倍。这类薄膜能为各种表面提供紫外线防护、抗划痕等，极为适合应用于需要力学、热学和介电性质均优良的领域。Mo-chalin等将乙二胺的氨基共价连接到纳米金刚石表面的羧基上，使纳米金刚石获得具有反应活性的氨基官能团，并将这种胺化纳米金刚石再与环氧树脂反应制成复合材料，其中纳米金刚石颗粒以共价形式结合在聚合物骨架中。这种复合材料的硬度提升3倍、杨氏模量提高50％、蠕变显著降低。最具吸引力的也许是Neitzel等的研究成果，当聚合物渗入到多孔纳米金刚石构成的骨架中并结合后，材料的力学性能大大提高。他们研制的纳米金刚石-环氧聚合物复合材料的杨氏模量提高到470％，硬度提升到300％，抗划痕和导热性也有显著改善。该类复合材料的性能还有很大的改善空间，当纳米金刚石与陶瓷、金属、聚合物等基体材料形成较强的共价界面时，这种效果就可能实现。毫无疑问，这类纳米复合材料在生物组织工程和再生医学两个领域也有着潜在的应用前景，尤其是修复受损组织。因此，在纳米金刚石的研究中，纳米复合材料的研究发展较快，其作用不可低估。
3．荧光效应及其在医学影像领域的应用
在纳米金刚石的光学性质中，荧光性质是其最具特色的性质之一。由于纳米金刚石中存在氮原子，当其最近邻格点形成空位时，就形成了氮一空位(NV)中心。NV中心包括两种类型：中性的NVo中心和带负电的NV一中心。这两种NV中心具有不同的发射光谱。值得特别关注的是NV中心，因为它有一个特殊的自旋基态，其自旋量子数S＝1。在光激励条件下，这个自旋基态能转变为自旋极化态，因而通过电子顺磁共振就可以对这个自旋基态进行操控。再者，它具有很长的自旋相干时间。这种荧光NV中心及其性质在高分辨磁感应、荧光共振能量转移及生物医学影像领域有着潜在的应用价值。研究表明，由梯恩梯(TNT)和黑索金(RDX)混合物爆轰制备得到的粒径约为5 nm的纳米金刚石中存在NV中心，已经观察到其发出的间隙光。由梯恩梯、黑索金及石墨混合物制备的粒径较大的纳米金刚石(>20 nm)中也能检测到从NV中心发出的稳定荧光。纳米金刚石嫁接或者吸附荧光物质也构成了纳米金刚石荧光颗粒。这类荧光纳米颗粒能够在各种pH值的细胞间隔中穿行，即使经过较长一段持续时间，也不会降解其表面耦合的荧光物质，或者改变细胞的生物活性。最近，Mochalin等在带有羧基(-COOH)的纳米金刚石表面共价连接十八胺，得到能够发出高亮度蓝色荧光的纳米金刚石。Chang等指出，由于荧光纳米金刚石具有生物相容性，无毒，表面化学性质丰富，再结合其半导体量子点的小尺度、高光学稳定性和明亮的多色荧光优势，有可能引发有机体内影像领域的变革。
