金剛石的性質(zhì)及作用

金剛石俗稱鉆石，它以其璀璨奪目的光芒引人注目，又以其堅(jiān)硬持久的特性得到戀人的青睞，更以其數(shù)量稀少而取得昂貴的價(jià)格。除此而外，金剛石還有著與眾不同的獨(dú)特性質(zhì)，在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要的作用。

　　1.金剛石的性質(zhì)

　　1.1力學(xué)性質(zhì)：

　　金剛石是最硬的天然物質(zhì)，研磨硬度117000，是石英硬度（100）的1170倍，剛玉硬度（833）的140倍。

　　1.2光學(xué)性質(zhì)：

　　金剛石的相對密度為3.47-3.50，各種光波，以及紅外光，紫外線等，都能透過金剛石。

　　1.3電學(xué)性質(zhì)：Ⅰ型和Ⅱa型金剛石為絕緣體，室溫下電阻率為1014-1015Ω。

　　1.4熱學(xué)性質(zhì)：金剛石具有很高的導(dǎo)熱率，在室溫下為金屬銅的6倍，且導(dǎo)熱率與其含氮量有關(guān)

　　1.5表面性質(zhì)：表面具有親油性和疏水性。金剛石由非極性的碳原子所組成，

　　對水的H+和OH-不產(chǎn)生吸附作用，故金剛石具疏水性。

　　化學(xué)穩(wěn)定性：金剛石對任何酸都是穩(wěn)定的，甚至在高溫下，酸對金剛石也不顯示任何作用；但在堿、含氧鹽類和金屬熔體中，金剛石很容易受侵蝕。

　　2.金剛石膜的應(yīng)用

　　2.1 金剛石膜在機(jī)械方面的應(yīng)用

　　金剛石的工業(yè)應(yīng)用主要是利用其高硬度、高強(qiáng)度的性質(zhì)，有些金剛石還要用于尖端工業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域。金剛石膜在機(jī)械方面的應(yīng)用是作刀具、模具及耐磨器件上的涂層。金剛石刀具是將金剛石厚膜用激光切割成刀尖形狀焊接到刀具基體上的一種釬焊刀具，主要用于制造車刀、轉(zhuǎn)頭、端銑刀等，由于大面積金剛石厚膜與刀體的結(jié)合牢固，并可獲得較好的表面粗糙度和極小的刃口半徑，因此具有更廣泛的應(yīng)用前景；在精密加工和高速加工領(lǐng)域，金剛石厚膜刀具也顯示出它獨(dú)特的性能特點(diǎn)。[1]

　　2.2 金剛石膜在熱學(xué)方面的應(yīng)用

　　金剛石具有固體最高的熱傳導(dǎo)性能，熱導(dǎo)率2000 W/m.K，遠(yuǎn)超各種金屬（銅熱導(dǎo)率397 W/m.K；銀熱導(dǎo)率429 W/m.K）。在熱力學(xué)方面金剛石膜主要用于制造熱沉片或散熱片，作用于大功率晶體管、激光二極管等。

　　據(jù)專家估計(jì)，如果將現(xiàn)在使用的功率器件都換為金剛石熱沉片，其輸出功率立即可提高1倍。

　　2.3 金剛石膜在光學(xué)方面的應(yīng)用

　　金剛石膜在光學(xué)方面的應(yīng)用范圍較廣，金剛石是優(yōu)良的紅外線穿透材料，空間技術(shù)中用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈上的紅外激光器的窗口材料。

　　可以作X-光窗口，激光、紅外、電磁波窗口，也可以作某些鏡頭的抗反射和保護(hù)薄膜，

　　2.4 金剛石膜在聲學(xué)方面的應(yīng)用

　　音響設(shè)備的進(jìn)步，要求揚(yáng)聲器有更好的音質(zhì)，用以制作揚(yáng)聲器振動(dòng)膜的材料必須滿足以下三個(gè)條件：重量輕；彈性模量大；有適當(dāng)?shù)膬?nèi)部損失。近幾十年來振動(dòng)膜的材料不斷更新，由最早的紙膜變成鋁膜，碳纖維膜，陶瓷膜，鈦膜，鈹膜等，它們可使再生頻帶變寬，音質(zhì)更好。

　　但這些材料比起金剛石來就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如了。金剛石膜的揚(yáng)氏模量是所有材料中最高的，密度也不大，多晶的金剛石膜，其晶界正是造成內(nèi)部損失的地方。所以金剛石薄膜是制作揚(yáng)聲器最理想的材料。

　　2.5 金剛石膜在半導(dǎo)體方面的應(yīng)用

　　金剛石具有良好的半導(dǎo)體性能，具有禁帶寬、遷移率高、耐高溫和優(yōu)良的熱耗散性能。用它制成的金剛石整流器，具有體積小、功率大、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)；制成的三極管可在600℃高溫下工作；在金剛石中摻入痕量其它元素制成的半導(dǎo)體金剛石電阻溫度計(jì)，電阻精度與溫度成正比變化，測量范圍在氧化氣氛中為-168℃-450℃，在非氧化氣氛中為-198℃-650℃。

　　2.6納米金剛石[2]

　　納米金剛石膜是指晶粒度小于 100 nm 的金剛石膜，晶粒在幾個(gè)納米至十幾個(gè)納米的納米金剛石膜。

　　MEMS／NEMS是一種將微機(jī)械元件和半導(dǎo)體電路集成在硅芯片上的制造技術(shù) 。目前基本上使用硅來制作。其中的活動(dòng)機(jī)械部件，如軸、微型齒輪 、葉片、轉(zhuǎn)子等，需要承受嚴(yán)重的摩擦磨損。此外許多 MEMS和 NEMS系統(tǒng)要求在有較強(qiáng)腐蝕的化學(xué)環(huán)境、生物環(huán)境或生理環(huán)境中長期穩(wěn)定使 用 ，顯然 Si 不適合于這樣的應(yīng)用 。納米金剛石膜是最佳的選擇：極高的硬度、強(qiáng)度和剛度、極低的摩擦系數(shù)，極高的表面光潔度，良好的化學(xué)惰性、極佳 的生物相容性、優(yōu)良的半導(dǎo)體性質(zhì)和相當(dāng)高的熱導(dǎo)率使其成為最理想的 MEMS和 NEMS材料 。

　　金剛石 (膜 )還具有非常好的生物相容性。摻硼金剛石膜 具有 良好 的導(dǎo) 電性 和 P型半 導(dǎo)體性 質(zhì)。金剛石膜可以做葡萄糖傳感器、心臟導(dǎo)管消融 、視網(wǎng)膜微芯片封裝的材料。