在化學機械拋光領域，Zeta電位的調控發揮著關鍵作用。金剛石拋光液的性能優化很大程度上依賴于Zeta電位的控制。針對不同的樣品材質，拋光液需要調整磨粒種類、懸浮體系特點和配搭的拋光盤類型。通過控制Zeta電位，可以顯著改善拋光液的穩定性和拋光效果。例如，多晶金剛石拋光液以多晶金剛石微粉為主要成分，配合高分散性配方，可以在保持高切削率的同時不易對研磨材質產生劃傷。通過將Zeta電位調整到適宜范圍（通常-30mV至-50mV），可以有效防止顆粒團聚，減少拋光過程中的劃痕和缺陷。
調控zeta電位可以提升拋光液穩定性，在2024年全國精密研磨拋光論壇上，梅燕博士指出，通過MAS分散劑將鈰基拋光漿料的Zeta電位穩定在-35 mV以上，使懸浮穩定性從3天延長至30天，碳化硅襯底拋光效率提高20%。[1]
北京科技大學的研究人員開發的一種基于兩步Zeta電位調控的多晶金剛石化學機械拋光方法，通過精確控制拋光液與金剛石膜之間的Zeta電位差值，實現低損傷、高效率、高質量的加工。[2]
在粗拋過程中，他們調節拋光液的Zeta電位，使其與多晶金剛石膜的Zeta電位差值范圍在-80~-110mV，這樣大的電位差能實現硬磨料與金剛石膜表面的相斥，減少硬磨料對金剛石膜表面的損傷。
而在精拋過程中，則調節拋光液的Zeta電位，使其與多晶金剛石膜的Zeta電位差值范圍在-5~-30mV，這種較小的電位差能減小軟磨料與金剛石膜表面的相斥，增強拋光效果。
多孔金剛石磨具優化單晶硅加工
李建偉團隊的研究表明[3]，通過Fe/Fe2O3協同腐蝕制備的多孔金剛石，使Zeta電位絕對值顯著增加，增強了與陶瓷結合劑的界面結合力。團隊利用Zeta電位調控，開發出高性能多孔金剛石固結磨具。當磨料Zeta電位調整至-40 mV時，與陶瓷結合劑的潤濕性提升50%，單晶硅磨削后表面粗糙度從0.8 μm降至0.2 μm，殘余應力減少70%。
Zeta電位測量在金剛石表面改性效果評估中發揮著重要作用。在金剛石微粉表面改性過程中，實時監測Zeta電位變化，評估改性效果并優化工藝參數。
化學改性方法效果評估
陳靜等的研究比較了KH550硅烷偶聯劑與聚乙烯亞胺（PEI）對金剛石表面的改性效果。[4]
硅烷偶聯劑處理是改善金剛石微粉Zeta電位的有效方法之一。采用KH550硅烷偶聯劑對金剛石進行表面改性，可使金剛石在pH為2～8.8范圍內的Zeta電位均由負轉正，在pH=8.8左右出現等電點。
聚乙烯亞胺（PEI）處理是另一種有效的改性方法。PEI作為一種陽離子型表面活性劑，在酸性條件下，金剛石表面的PEI與水溶液中的H?發生反應生成帶正電的基團，使得金剛石表面帶正電。研究顯示，PEI改性的金剛石在pH為2～8范圍內，Zeta電位值均大于44.59mV，表明顆粒間具有較高的靜電斥力，有利于分散穩定。
分散穩定性的定量評價與工藝參數優化
表面改性工藝的參數控制對Zeta電位調控至關重要。以KH550改性為例[4]，當KH550質量分數為2%時，金剛石表面Zeta電位值最大為23.18mV；而PEI改性時，當PEI質量分數為6%時，金剛石表面Zeta電位值最大為53.71mV。這說明表面活性劑的量存在最佳值，過量或不足都會影響改性效果。
超聲時間優化
超聲處理是另一個重要工藝參數。研究顯示[3]，隨著超聲處理時間從5分鐘延長至25分鐘，納米金剛石Zeta電位絕對值呈線性增長，增幅達15-20%。延長超聲時間能剝離表面吸附物并激活碳鍵，增強靜電排斥力。但過長的超聲時間可能導致顆粒破碎和表面損傷，因此需要優化超聲時間。
表面活性劑篩選
表面活性劑的添加也會對金剛石微粉的zeta電位產生顯著影響。研究顯示[3]，十二烷基苯磺酸鈉的增加可使Zeta電位絕對值提升30%以上，顆粒間的排斥力逐漸增大，這有利于金剛石溶液的分散穩定性。而六偏磷酸鈉的加入納米金剛石的電位絕對值未發生明顯變化，說明這種表面活性劑對納米金剛石的分散穩定性幾乎無影響。非離子表面活性劑吐溫-60、吐溫-80的加入，也能使納米金剛石的電位絕對值變大，并且還具有空間位阻效應幫助提高穩定性。溶液中的離子會壓縮雙電層，影響Zeta電位的大小和穩定性；
熱處理影響
納米金剛石在300-900°C熱處理5小時后，Zeta電位絕對值普遍高于未處理樣品[3]。例如700°C加熱后電位絕對值提升約40%，這是由于高溫煅燒使表面雜質分解并生成更穩定的羧基或羰基官能團。通過zeta電位的變化可以找出最合適的熱處理溫度和時間。
復合包覆技術效果的評估
根據專利技術報道[5]，金剛石復合微粉的制備采用了創新的包覆工藝。該技術首先對金剛石微粉進行第一次活化處理，得到表面Zeta電位絕對值為10mV～20mV的金剛石內核；然后將金剛石內核進行包覆處理，包覆材料選自含碳元素、氮元素或者硼元素中至少一種的無機化合物；最后將包覆處理后的金剛石內核進行第二次活化處理，得到表面Zeta電位絕對值為30mV～50mV的金剛石復合微粉。最終產品在樹脂組合物中表現出優異的分散性和穩定性。Zeta電位的準確測定使包覆工藝過程的變化和效果“可視化”。
在樹脂復合材料中的應用
金剛石微粉在樹脂組合物中的應用尤其依賴Zeta電位控制。由于金剛石在樹脂組合物中分散時極易發生團聚現象，傳統產品存在分散不均勻、界面結合力差的問題。通過表面改性優化Zeta電位，可以顯著改善金剛石與樹脂的界面結合性。
專利技術顯示[5]，采用表面Zeta電位絕對值為30mV～50mV的金剛石復合微粉制備的樹脂組合物，制成的介質基板具有高導熱性和絕緣性。這種復合微粉表面具有優異且穩定的表面Zeta電位，能夠有效抵抗分子間作用力，降低金剛石復合微粉在樹脂組合物內的團聚，同時有效保障了金剛石復合微粉的高導熱性能。
在金屬基板中的應用
創新性的應用是將金剛石微粉用于金屬基板的制備[6]。金屬基板包括依次層疊設置的導電層、復合層和金屬底板，復合層包括至少兩層層疊設置的過渡層，且相鄰兩層過渡層之間均夾設有一層金剛石膜。在這種結構中，過渡層與導電層的剝離強度>0.5N/mm，過渡層與金屬底板的剝離強度>0.2N/mm，過渡層與金剛石膜的推拉力≥100N。通過控制各層間的Zeta電位和表面性質，可以實現良好的界面結合，使金屬基板同時具有優異的導熱性能和絕緣性能。
分散穩定性調控
Zeta電位絕對值大于30mV時，顆粒間靜電排斥力可有效防止團聚，確保金剛石微粉在拋光液和復合材料的均勻分散。
表面改性效果評價
Zeta電位變化直接反映表面官能團引入效果，為優化表面改性工藝提供量化指標。
界面結合優化
通過調控Zeta電位可改善金剛石與結合劑的潤濕性，增強界面結合力，提高制品使用壽命。
生物相容性設計
在生物醫學應用中，Zeta電位影響金剛石表面對生物分子的吸附行為，可針對性設計表面化學特性。
工藝質量控制
Zeta電位作為關鍵質量指標，可實現生產過程的精確控制和產品質量穩定性保障。
金剛石微粉作為超硬材料領域的重要組成部分，其應用效能很大程度上取決于分散穩定性和表面性質。Zeta電位作為表征顆粒分散穩定性的關鍵參數，在金剛石微粉的質量控制和應用開發中發揮著不可替代的作用。
通過表面改性技術調控Zeta電位，可以顯著改善金剛石微粉在各類介質中的分散性，拓展其應用范圍。隨著表面改性工藝的精細化和應用需求的多樣化，高精度、多功能的Zeta電位表征設備變得日益重要。珠海歐美克NS-90Z PLUS等先進儀器憑借其高精度測量、寬廣適用范圍和智能化操作特點，為金剛石微粉研發與生產提供了可靠的技術支撐。
未來，隨著分析技術的進一步發展和智能化水平的提高，Zeta電位分析將在金剛石微粉和更廣泛的超硬材料領域發揮更加重要的作用，推動行業向更高效、更精密的方向發展。
[1] 高端顯示玻璃基板用CMP稀土鈰基拋光漿料的研制及機理, 梅燕, 2024全國精密研磨拋光論壇
[2] 一種基于兩步zeta電位調控的多晶金剛石化學機械拋光方法, CN202411841870.1, 北京科技大學
[3] 陶瓷結合劑多孔金剛石磨具制備及在硅片加工中的應用, 李建偉, 湖南大學, 2022年
[4] 表面活性劑對金剛石在樹脂中懸浮性及與樹脂結合性的影響, 陳靜, 復合材料學報, 2014年06期
[5] 金剛石復合微粉及其制備方法和應用, 202311686548, 浙江華正新材料股份有限公司
[6] 金屬基板, CN202420067850.2, 浙江華正新材料股份有限公司
