目前，金刚石的魅力不仅仅局限于作为饰品用的珠宝或者作为钻探、切割、磨削工具的材料，而且已经遍布到医学、物理、材料科学和化学等领域。世界各地的大学和金刚石行业已经开始对纳米尺寸(10-9m)金刚石及其特殊性能进行研究。
由于清晰的结构，金刚烷类化合物性能显著。在石油中发现大量的金刚烷类化合物，它们很容易被分离出来。这些新型的化合物正准备用于研发中。金刚烷类化合物的靶向功能提供了化合物。这些化合物被用于医学、电子领域和表面涂层。
什么是金刚烷类化合物?
根据化学解释，金刚烷类化合物的原子排列和金刚石碳原子点阵相对应，属于碳氢化合物。由结构最简单的金刚形烃和金刚烷(图表l/1)组成。(图表l)由于加入笼状金刚烷，金刚形烃的尺寸不断增加，这些按逻辑顺序增长的细胞被称为二金刚烷(图表l/2、三金刚烷(图表l/3)、反四金刚烷(图表1/4 a—c)等。
金刚烷来源于石油。用化学方法分析，只有分子量较低的金刚烷在很短的时间内才能被大量生产出来。然而到目前为止，只有少量的分子量较高的金刚烷异形体可以得到(图表l/4a)。然而，几年前化学合成的金刚烷可以从石油中提炼出来。由于简单的实验室合成技术，在同类的石油中发现金刚烃，但是却不被人们所知。事实证明大量的分子量较高金刚烷异形体可以从石油中提炼出来。这是偶然发生的而不是详细研究的结果。在上世纪90年代初，美国美孚石油公司研究一种方法来预防金刚烷的堵塞。尽管大多数人不知道这种化合物可以从石油中提炼出来，当时也没有进行研究。只有在十九世纪末，二十世纪初的时候被Dahl et al提出：原油中存在大量的金刚烷类化合物。在2003年，Dahl et al研究结果证明金刚烷是可以分离和表征的，并分析了它的性能。
图表1 各种各样金刚烷类化合物的选择：
中心：带有金刚烷细胞的金刚石点阵选择
为什么金刚烷类化合物为基本组成单位?
尽管金刚烷类化合物基本材料的隔离和性能的分析是可以做到的，没有进一步的功能化，这些特殊的金刚烷类化合物是没有太大用处的。只有氢原子和功能集团相互交换以后，这些潜在的化合物才能被建立并且发挥其作用。基本原理是把金刚石的优点和金刚烷结构的性能，功能集团结合在一起形成具有多种性能的新材料。另外重要的一点是：在同样的尺寸范围内纳米金刚石比石墨稳定的多。
金刚烷类化合物靶向功能化
特别要注意的是首次研发出的功能原子，因为它的产量和选择性非常重要。一般反应是把溴元素转化成相关的溴化物。这些反应存在不利因素，然而卤素在医学中并不需要。图表顶部的X、Y只有和Lewis酸相结合时才会起作用并且产量较低。提炼甲基更好的方法是将100％的硝酸转化。由于改变不同的反应参数，可以得到大量的金刚烷，产量可以超过90％(图表2)。下面显示了应用广泛的化合物。
图表2 纳米金刚石不同结合点的选择
nextpage 金刚烷类化合物的应用范围
最近，德美合资项目显示金刚烃硫醇化合物和棒状四金刚烷可以沉积在金和银的表面上，因此叫SAMs——自组装单层膜(图表3)。通过用不同电子能量辐射有序单层膜得到高产量且能量几乎相同金刚烷类化合物(图表3)。这种效应称作负电子亲合势而且应用广泛。这种性能可用于要求电子能量分布较窄的电子发射体。例如，平板显示或者电子显微镜。
另外是金刚烷类化合物在密封和表面涂层的应用。除了这些之外改性的金刚烷类化合物还应用在造纸业中。把这些纸用水润湿，加入少量的金刚烷产生一个疏水的表面。事实证明小水滴是不可能把纸渗透的。由于这个原因，生产了防水的纸张。上面已经介绍过，金刚烷类化合物可以沉积在金属表面。被水弄湿的表面清楚地显示了涂层的疏水效应(液滴变成球形图表4)。一般来说，涂层材料中只要加入极少量的金刚烷就能产生此效应。
图表3 金刚石负电子亲合势效应图表(左)
和黄金表面的四金刚石烷硫醇衍生物(右)
图表4 纳米金刚石金属密封表面的水滴
金刚烷在医学领域应用时胺化物和氢氯化物尤其重要。不同的金刚烷衍生物可以作为药物来治疗许多疾病，例如：流感。(图表5)。
图表5 纳米金刚石结构的药物示例
图表6 在纳纯米金刚石上的聚晶缩氨酸
但是，生产出来的金刚烷类化合物作为单分子和化合物来应用。作为聚合物的结构单元和普通金刚石相比具有以下优点：三维稳定性、加工精确等(图表6)。进一步开发金刚烷衍生物的系统，较高分子量的金刚烷类化合物具有特定的结构功能，对活体细胞几乎没有影响。
金刚烷类化合物的前景。尽管人们在很早都已经知道金刚烷类化合物，并且人们对低分子量的金刚形烃进行了大量的研究并且有一些相关的应用。然而其它的纳米金刚石在尺寸分布和性能方面仍存在一些问题。金刚烷类化合物拥有清晰的结构和选择改性的功能。它提供了一种很有前景的代替传统纳米金刚石的金刚烷化合物。在高分子金刚烷首次被分离和研究之后的五年，高分子的金刚烷也有一些潜在的应用前景。我们可以得出这样一个结论，纳米金刚石的研发工作正在朝正确的方向飞速发展。
