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金刚石

diamond

定义：碳元素的单质同素异构体之一，为面心立方结构，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体，是典型的原子晶体。具有超硬、耐磨、热传导、半导体等优异的物理性能。

学科：材料科学技术_天然材料 _矿物

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【延伸阅读】

金刚石按质量和用途，分为宝石级金刚石和工业金刚石。宝石级金刚石就是我们熟知的钻石，是珍贵、稀有、璀璨夺目的宝石之一。金刚石集众多优良性质于一身，例如极高的硬度（摩斯硬度为10）、超高的热导率（室温热导率可达3200 W/m•K）、大禁带宽度（5.45eV）和极高的载流子迁移率（电子迁移率可达4500cm2·V-1·s-1）等。

金刚石结构图

金刚石根据其来源可分为天然金刚石与人造金刚石，根据材料品质及用途又可分为工具级、热学级、光学级和电子级等四个级别。工具级金刚石在超精密加工、宇航、钻探、超高压物理等领域具有极高的应用价值；热学级金刚石则凭借其超高的热导率和绝缘性成为卫星热沉材料、芯片散热领域中的新秀；光学级金刚石拥有从紫外波段到远红外波段乃至微波的超宽透过波段，因而成为高功率激光、微波装备及大通量光源的理想窗口材料；电子级金刚石被誉为 “终极半导体”材料，在航空航天、人工智能、5G等尖端科技领域具有极为重要的战略意义。此外，金刚石“色心”在量子计算和量子通信领域的应用，以及“深弹性金刚石”的研发，正引领着金刚石材料前沿科学的发展。

“金刚”一词原为佛教术语，而“金刚石”一词在我国历史中可追溯至东晋万震所著的《南州异物志》，其中有“金刚，石也，其状如珠，坚利无疋”的记载，这表明古人已明晓其坚不可摧的特性，并视为珍宝。随着人类科学技术的进步，尤其是人造金刚石技术的日趋成熟，金刚石这一古老的晶体材料又因其优异的性能而焕发出新的生机，不断被发掘出新的应用价值。

目前，我国的人造金刚石产业规模位居世界前列，国内相关研究团队正采用化学气相沉积法（CVD）朝着制备英寸级大小、厘米级厚度、电子级品质的大单晶不断努力，并引领金刚石生长设备研发、生长加工、器件应用等相关产业的升级与转型，向世界领先水平迈进。（哈尔滨工业大学教授、博导朱嘉琦）