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纳米金刚石（nano-diamond,ND）作为一种集纳米材料特点和金刚石优异性能的材料,在越来越多的领域被关注和应用。在众多的应用领域中,均需要纳米金刚石具有良好的分散性,然而因为纳米金刚石一次粒径极小,比表面积大,表面能高等特点,团聚极易发生。为了提高纳米金刚石的分散性和分散稳定性,本文采用空气热处理的方法,对纳米金刚石进行表面改性,通过实验表征和基于ReaxFF的反应分子动力学方法,研究了纳米金刚石的分散性、表面特性和微观物化反应,揭示了热处理后纳米金刚石的分散性和分散稳定性,以及表面演化机理。本文的主要研究内容如下:（1）选择合适的表征方法对高温高压纳米金刚石（High-Temperature and High-Pressure nano-diamond,HTHP ND）和爆轰法纳米金刚石（Detonation nano-diamond,DND）分别进行了实验表征。分析了纳米金刚石的粒度、物相结构、表面基团情况、表面元素情况和热稳定性,实验表明:纳米金刚石极易发生团聚,且表面存在丰富且大量的含氧官能团。（2）将反应分子动力学方法引入到表面吸附模拟中,构建了金刚石固体表面和均匀气体分子的模型,研究了水分子和氧气分子在金刚石表面的吸附行为。模拟结果表明:水分子和氧气分子均会以分子吸附和解离吸附两种形式吸附在金刚石表面,水分子的吸附会形成C-H2O、羟基（C-OH）和烃基（C-H）结构;氧气分子的吸附会形成C-O2、酮基（C=O）、醚键（C-O-C）、二氧杂环丁烷（C-O-O-C）结构。表面的吸附模拟很好的解释了金刚石表面基团的由来,揭示了暴露于空气中金刚石表面化学的形成过程。（3）在空气气氛下,对纳米金刚石进行了一系列的高温热处理,研究了温度对纳米金刚石表面化学和在水中分散行为的影响。研究表明:合适的热处理能够提高纳米金刚石表面亲水基团的含量,增大表面Zeta电位的绝对值,降低纳米金刚石的平均粒径并提高分散性和分散稳定性。HTHP ND的最佳热处理温度为420℃,而DND为480℃。在热处理过程中,纳米金刚石表面会经历脱氢、吸附氧和燃烧三个阶段。（4）建立了纳米金刚石高温氧化的MD模型,研究了高温氧化过程中金刚石表面的演化机理。仿真结果表明:高温下氧气分子和水分子在金刚石表面上的吸附结构和在低温下基本一致,这些结构在升高温度时变化主要发生在（111）面,体现为酮基数量的增加。金刚石表面上的C原子在高温氧化时会以CO、CO2和石墨化三种形式被去除,综合对比,最耐氧化的是（100）表面,最易被氧化的是（111）表面。