一文了解“终极半导体材料”金刚石档案

金刚石俗称“金刚钻”。
。也就是我们常说的钻石的原身
，，它是一种由碳元素组成的矿物，，，是碳元素的同素异形体。。。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质
。
。。金刚石的用途非常广泛，
，，，例如
：工艺品、、、工业中的切割工具
。。。石墨可以在高温、、、、高压下形成人造金刚石，
，
，，也是贵重宝石
。。
。。

一
、、、、物理性质

硬度

摩氏硬度10，，，
，新摩氏硬度15，，，显微硬度10000kg/mm2，，
，，显微硬度比石英高1000倍，，，比刚玉高150倍。。。。金刚石硬度具有方向性，，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度
，，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。。

依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，
，钻石(金刚石)为最高级第10级；如小刀其硬度约为5.5、、、铜币约为3.5至4
、
、、
、指甲约为2至3
、、、、玻璃硬度为6。
。

金刚石有各种颜色，，
，
，从无色到黑色都有，
，，，以无色的为特佳
。。它们可以是透明的，，也可以是半透明或不透明
。。许多金刚石带些黄色，
，，这主要是由于金刚石中含有杂质。。金刚石的折射率非常高，，
，色散性能也很强，，
，，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。。。。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。。
。。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。。。。金伯利岩等是它们的母岩
，
，其他地方的金刚石都是被河流、
、、冰川等搬运过去的。。
。金刚石一般为粒状。。如果将金刚石加热到1000℃时
，，它会缓慢地变成石墨。
。。

热导率

金刚石是一种高热传导性材料，
，，
，具有极高的热导率。。。其热导率为2200W/mK
，
，相比传统的热传导材料铜的热导率(385W/mK)高出几个数量级，，
，是世界上热导率最高的材料之一
。。。

金刚石是立方晶体
，，由碳原子通过共价键结合形成。。。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。。。。金属通过自由电子传导热量
，，，其高热传导性与高导电性相关联，
，相比之下
，，，金刚石中的热量传导仅由晶格振动（即声子）完成。。。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率
，
，，因此其德拜特征温度高达2,220 K
。。。由于大部分应用远低于德拜温度，
，，声子散射较小，，
，因此以声子为媒介的热传导阻力极小。。。但任何晶格缺陷都会产生声子散射，，
，
，从而降低热传导性，，这是所有晶体材料的固有特征。。。。金刚石中的缺陷通常包括较重的ˡ³C同位素、、氮杂质和空缺等点缺陷，
，，，堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。。。。

二、
、、、化学性质

金刚石是在地球深部高压、、
、、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，，是指经过琢磨的金刚石
。。。金刚石是无色正八面体晶体，，，其成分为纯碳，，由碳原子以四价键链接，，，为目前已知自然存在最硬物质。。。。由于金刚石中的C-C键很强，，所有的价电子都参与了共价键的形成，，没有自由电子，，所以金刚石硬度非常大，
，，，熔点在华氏6900度，
，，，金刚石在纯氧中燃点为720~800℃，，，在空气中为850~1000℃
，
，，而且不导电。。。。

三、
、、、结构性质

金刚石结构分为；等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石
。
。。

在钻石晶体中，，，碳原子按四面体成键方式互相连接，，，组成无限的三维骨架，，，，是典型的原子晶体。。。。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。
。
。由于钻石中的C-C键很强，
，，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，，，没有自由电子
，，，所以钻石不仅硬度大，，，熔点极高，，，而且不导电
。。。在工业上，，，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具
，
，，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，，，其价格十分昂贵。。。

四、、
、
、光学性质

(1) 亮度（Brilliance）金刚石因为具有极高的反射率，，，，其反射临界角较小，
，
，全反射的范围宽，，，光容易发生全反射，，，反射光量大，，，从而产生很高的亮度。。
。
。

(2) 闪烁（Scintillation）金刚石的闪烁就是闪光，，，，即当金刚石或者光源
、、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。。。无色透明、
、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，，
，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。
。。

(3) 色散或出火（Dispersion or fire）金刚石多样的晶面象三棱镜一样
，
，能把通过折射、、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、、、、橙、
、、黄、、绿、、、、蓝、、靛、、、、紫等色光。。。

(4) 光泽（Luster）刚石出类拔萃般坚硬的、、、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，，，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。。。。

五、、稳定性

金刚石化学性质稳定，，，，具有耐酸性和耐碱性，，
，高温下不与浓HF、、
、HCl、、HNO3作用，，，，只在Na2CO3、
、、NaNO3、
、KNO3的熔融体中，
，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时
，，表面会稍有氧化；在O、、、
、CO、、、、CO2、、、、H、、、Cl、
、H2O
、、、CH4的高温气体中腐蚀。。
。

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