如果有人問(wèn)你，金剛石的特點(diǎn)是什么？相信大多數(shù)人的腦海里面的第一印象一定是“硬度大大的”。目前工業(yè)上應(yīng)用的金剛石材料，也主要是利用了金剛石硬度大這一特性，例如常見(jiàn)的金剛磨盤、切割刀具、金剛鉆、拋光劑等。

圖1：金剛石硬特性的常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

隨著人造金剛石的制備工藝越來(lái)越成熟，其用在磨料磨具等超硬材料領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)白熱化，金剛石的功能化應(yīng)用及開(kāi)發(fā)應(yīng)該勢(shì)在必行。除了超硬特性以外，金剛石材料的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、生物相容性等性能也極為優(yōu)秀，下文將對(duì)不同功能的金剛石的應(yīng)用做介紹。

一、用于導(dǎo)熱功能材料

金剛石的導(dǎo)熱率達(dá)到 2000W/(m·K),比石墨烯低,但比其他材料都高得多。石墨烯導(dǎo)電,而金剛石不導(dǎo)電,屬于絕緣材料,因此金剛石更適用于絕緣應(yīng)用領(lǐng)域。

應(yīng)用舉例：用于散熱基板材料

金剛石具有獨(dú)一無(wú)二熱物理性能（超高熱導(dǎo)率及半導(dǎo)體芯片匹配的膨脹系數(shù)），因此可作為優(yōu)選的散熱基板材料。但單一的金剛石不易制備成塊體，且金剛石硬度極大，金剛石塊體材料難于加工。因此實(shí)際應(yīng)用會(huì)以“金剛石顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料”或“CVD金剛石/金屬基復(fù)合材料”的形式應(yīng)用在散熱基板材料中。常見(jiàn)的金屬基體材料主要有Al、Cu及Ag等材料。

圖2：截圖來(lái)源：Denka的電子

二、用于生物功能材料

金剛石作為生物材料，具有化學(xué)惰性、生物相容性和穩(wěn)定性等良好的性能.納米金剛石在生物成像、生物印記、生物傳感、靶向特定細(xì)胞藥物傳輸和人體組織工程等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。

圖3：多晶金剛石涂層用于醫(yī)療植入物，具有很好的生物相容性性及抑制細(xì)菌生長(zhǎng)能力（截圖來(lái)源MedSci梅斯醫(yī)學(xué)）

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三、用于光催化功能材料

大量揮發(fā)性化合物的日益排放嚴(yán)重危害著人類的健康。光催化處理有機(jī)污染物具有廉價(jià)、無(wú)毒、節(jié)能、高效的特性，是目前國(guó)際熱點(diǎn)研究對(duì)象之一。納米金剛石材料被認(rèn)為是低成本光催化劑中的最佳適用材料，納米金剛石具有導(dǎo)熱性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高等特性，在光催化領(lǐng)域應(yīng)用前景潛力無(wú)限。

四、用于摩擦功能材料

研究表明納米金剛石增強(qiáng)超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的摩擦學(xué)行為，聚合物基體中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的納米金剛石,能降低超高分子量聚乙烯磨損率的 72%，對(duì)聚合物基體的抗磨損和摩擦潤(rùn)滑性能的改善效果非常明顯。采用爆轟法合成的納米金剛石用作潤(rùn)滑油添加劑時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)中能增強(qiáng)其耐磨性和燃油經(jīng)濟(jì)性，但為了避免增加非正常的磨損必須精細(xì)設(shè)計(jì)使用。

五、用于人造鉆石

最后一個(gè)功能，我們來(lái)說(shuō)說(shuō)金剛石的“裝飾功能”。天然的金剛石經(jīng)過(guò)雕琢后便成為“鉆石”，但天然金剛石數(shù)量稀少，可以達(dá)到做寶石級(jí)別的那更少，但全世界女孩子及愛(ài)美人士又這么多，因此需要來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的人工寶石來(lái)補(bǔ)充！

圖：Lightbox Jewelry 的人工鉆石

備注：實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的鉆石與稀有天然鉆石具有相同的物理、化學(xué)和光學(xué)特性，但創(chuàng)造它們所需的過(guò)程與自然不同，因此，雖然它們既不珍貴也不寶貴，但它們同樣閃亮。人造鉆石可以利用化學(xué)、時(shí)間和溫度來(lái)制作不同顏色的鉆石，所以你可以選擇一顆紅色、粉紅色或粉藍(lán)色的寶石。

目前，隨著寶石級(jí)金剛石單晶的制備技術(shù)進(jìn)步，“人造鉆石”的制備成本已經(jīng)大幅降低，售價(jià)也很美麗（舉個(gè)例子：Lightbox Jewelry的合成鉆石定價(jià)1克拉800美金折合人民幣約5600，而1克拉天然鉆石的價(jià)格從兩萬(wàn)到十幾萬(wàn)人民幣不等）。愛(ài)美人士們可以用不那么高的價(jià)錢買上心怡的產(chǎn)品了。裝飾品市場(chǎng)容量龐大，值得期待。

人造金剛石潛力巨大，本文選取了較為經(jīng)典的部分做介紹，更多功能未能一一表述，對(duì)于金剛石的功能化應(yīng)用，如果你有更多好主意，歡迎關(guān)注粉體圈公眾號(hào)并與我們互動(dòng)哦。

粉體圈 編輯：小白