材料是現代文明三大支柱之一，新材料是新技術革命的基礎與先導。縱觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一次新材料的發現與應用，都把人類改造自然的能力提高到一個新的水平，材料科學的每一次重大突破，都會引起生產技術的革命，給社會生產和人們生活帶來巨大的變化。
金剛石在工業和科學技術領域中的應用，概括地說，是用作工程材料和功能材料的。自人造金剛石問世后的半個多世紀里，它主要是用來作為工程材料的，例如制造磨具、鉆探工具、鋸切工具、切削工具等，為工業技術的現代化作出了巨大的貢獻，半個多世紀過去了，我們認為這僅僅是其應用開發本義的冰山一角，更精彩誘人的應用前景還在后頭。
功能材料是指那些具有可用于工業和技術中的有關物理和化學功能，如光、電、磁、聲、熱等特殊性能的各種材料，包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、超導材料、智能材料、儲氫材料、生物材料、醫學材料、組織工程材料、納米藥物載體、功能膜等。
金剛石膜是上世紀70年代發展起來的一種全新的金剛石產品。由于它突破了以靜壓法為代表的傳統人造金剛石在尺寸上的限制，使得金剛石的光學、熱學、電子學方面的優異性能得以利用。
隨著大單晶金剛石合成技術的進一步提高和成本下降，金剛石的應用范圍和市場將會迅速擴大，尤其是一旦金剛石半導體研制成功，人類將迎來繼鋼鐵時代和單晶硅時代后的更為輝煌的金剛石時代，現在我們己經看到了這個時代的黎明曙光。
1．在醫療中的應用
1.1 在醫學測溫技術領域中的新應用
科學家們發現，金剛石晶體內的單原子雜質（通常被一個氮原子或一個空位所代替）對于溫度變化非常敏感，這樣的溫度波動對于保持量子比特來說可能是一種技術障礙，而將之用于醫學領域的生物體溫度測量卻十分有用。
在哈佛大學進行的這項研究中，工作者將一個100nm的金剛石粒子置入人體細胞中，然后用綠色激光照射該金剛石粒子。由于激光改變了雜質內電子的自旋狀態，發射出的綠色激光經過納米金剛石粒子后便變成了紅色激光。激光顏色改變的程度便可以用來測量人體細胞內的溫度變化。
這種基于納米金剛石粒子的高精度溫度差測量技術，在醫學領域可以幫助醫生們區別人體內的致癌細胞并及時做出醫療診斷，納米金剛石材料的應用前景也因此更為廣闊。
1.2 納米金剛石用于提高白血病的化療效果
Daunorubicin(柔毛霉素)是目前常用治療白血病的藥物。該藥物會讓癌細胞增長時間變慢或停止，并造成大多數癌細胞死亡。然而，它也會讓白血病細胞對該藥物產生耐藥性，藥物輸人白血病細胞中會積極排出化學治療物，包括柔毛霉素。
新加坡國立大學和加州大學的科學家轉向研究納米金剛石作為解決藥性的一個選題，以研究納米金剛石可能克服耐藥性的生物學原理。
科學家將柔毛霉素結合至納米金剛石表面，后被引入到白血病細胞內。發現納米金剛石能把藥物運輸到癌細胞內而不被排出。納米金剛石由于其非人性的大小和獨特的表面特性，可以很容易釋放，而不堵塞血管。
從事這項研究的周博士說：使用納米金剛石提供了一個理想的生物兼容性復合物，且是理想的治療運輸工具，可以增強治療的效果。目前的目標之一就是確定藥物會很好地被納米金剛石運輸到特定的疾病模型，這將有利于在未來對病人進行的治療。
對納米金剛石進一步系統研究和安全性評估，將有望實現它能完全投人使用，并希望研究工作能應用至臨床中治療白血病，不會出現柔毛霉素治療的情況。
美國食品與藥品管理局（FDA）已經通過了納米注射混懸液（Abraxane）的研究成果，這將有助于加速研制出新型的治療癌癥的納米治療藥物和成像技術。
1.3 使用納米金剛石輸送腦瘤化療藥物
加州大學瓊森綜合癌癥中心的研究人員研發出一種創新性藥物輸送系統，利用納米金剛石的微小顆粒來輸送化療藥物，且達腦部腫瘤處。該新型治療方法能有效地殺死癌細胞，與現有治療方法相比，副作用發生機率極低。
阿霉素是一種常見的化療劑。直接注射進腫瘤處時，擔當藥物來治療腫瘤。加州大學牙科學院迪安·何讓阿霉素分子附在納米金剛石表面，創造出一種|化合物ND-DOX。
研究發現，腫瘤的ND-DOX水一直保持穩定超過單獨注射阿霉素，顯示出附著在納米金剛石上的阿霉素進人到腫瘤中且保留時間更長。還發現，ND-DOX能增加癌細胞的死亡，且減少神經膠質瘤細胞存活性。
研究笫一次顯示出ND-DOX運輸有限量的阿霉素，分散在腫瘤外部。這一運輸方式減少了毒副作用，并確保藥物在腫瘤處的時間更長，增加藥物殺死腫瘤的有效性，而不影響周邊的組織。
2. 在微電子機械系統中的應用
金剛石的熱導率和電阻率是所有物質中最高的，利用金剛石的這些特性，在電子元器件材料表面沉積納米金剛石薄膜，可以大大縮小原來元件中用于散熱的部件尺寸，這不僅解決了導熱問題，而且也提供了制作超大規模集成電路的可能。膜層對導體也起到了絕緣保護的作用，避免了元件之間的相互干擾。
阿貢國家實驗室開發的超納米金剛石(UNCD)薄膜及 ADT(Advanced Diamond Technologies Inc.)有關產品可以用來制備MEMS/NEMS器件。例如射頻振蕩器、加速度計、AFM探針、微電機。
3. 光學性能的應用
3.1 導彈紅外視窗
比較常用的紅外窗口材料有ZnS和ZnSe這兩種材料雖然有很好的紅外線透過能力，但其物理特性比較脆弱，容易受損傷。而在軍事和非常規用途上，對紅外窗口的要求非常嚴格。這些設備經常工作在非常惡劣的條件下，例如，用于導彈的紅外窗口在導彈發射后，不但運行于高速狀態，同時還要經受風沙雨雪考驗。金剛石膜是一種優質的表面材料，金剛石具有紅外增透特性，同時金剛石膜又是作為紅外窗口的一種良好的減反射膜材料。此外，金剛石的高導熱、耐磨等特性，也可以很好地保護紅外窗口免受外界沖擊。因此，在紅外窗口表面鍍金剛石膜，完全解決了軍工航天領域對紅外窗口應用的各種問題。
美國洛克希德導彈和空間公司，已采用低壓氣相合成的金剛石膜制造大氣動能武器導彈攔截器的窗口，在硅片上雙面鍍金剛石膜，可增加透光率26%，該窗口可承受嚴酷的高速飛行，而不會產生由于飛行—光學效應引起的窗口發射。
3.2 用于光學數據存儲的新型金剛石透鏡
從1985年開始，壓縮盤和CD就成了標準的音樂、數碼相機、計算機數據和游戲的存儲介質，由于對存儲盤的存儲能力要求不斷增加，未來一代的光學媒介需要有較高的存儲能力。這種趨勢在DVD和它的后續產品Blu-Ray(藍光雷射）盤上就已顯現出來。金剛石透鏡是下一代存儲技術的核心部件，它的存儲能力將能達到每張盤1TB(1000GB)以上。
提高數據存儲密度的關鍵，是能制造出能利用短波來工作的小透鏡。通過技術上的改進來增加盤的存儲容量，即通過減小激光讀出器的波長和增加聚焦透鏡的數字光柵（NA）。這就要獲得高的NA值，所用的材料相當重要，在使用中要有高的折射率和透明度，而金剛石正是適合于這些條件的首選材料。
元素六公司通過化學治汾沉積法獲得的人造金剛石是一種符合需要的理想光學材料。透鏡生產商取得了一項重要的技術突破，使透鏡將能存儲大量的數據，以滿足商業化的需求。這也是金剛石加工技術在微觀領域的新進展，同時也是金剛石多功能性的展示。
3.3 用于隱身材料
近年來，隨著科學技術的發展，各種探測手段越來越先進，例如，用雷達發射電磁可以探測飛機，利用紅外探測器也可以發現放射紅外線物體。當前，世界各國為了適應現代化戰爭的需要，提高在軍事對抗中的實力，也將隱身技術作為一個重要的研究對象，其中隱身材料在隱身技術中占有重要地位。用少量的納米金剛石懸浮在涂料中，將其噴涂在飛機、坦克、導彈、軍艦上，可以起隱形防腐作用。
為什么超微粒子，特別是納米粒子對紅外和電磁波有隱身作用呢？主要原因有兩點：一方面由于納米微粒尺寸遠小于紅外和雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波長的透過率比常規材料要強得多，這就大大減少了波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到 反射信號變得很弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的表面積比常規粗粉大了3~4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這就使得紅外探測器和雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發現被探目標，起到了隱身作用。目前，隱身材料雖在很多方面都有廣闊的應用前景，但當前真正發揮作用的隱身材料大多使用在航天航空及與軍事有密切關系的部件上。對于上天的材料有一個要求是重量輕，在這方面納米材料是有優勢的，特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身方面應用十分廣泛。
4. 在檢測器和傳感器中的應用
負責CMS實驗的CERN科學家Anna Dabrowski說:我們的CMS實驗室主要依靠人造金剛石的穩定性對大型強子對撞機光束和對撞過程中產生的粒子進行監測。這種基于金剛石技術的系統，其穩定性對于保護66 000 000通道像素跟蹤的敏感元件有重要作用。(NOVEL MATERIAS :Synthetic diamond offers much more than heat sinking)
除粒子檢測外，這方面的應用還有：
利用帶有氮空位中心的單晶金剛石研發微型磁力計并通過磁場的強度和方向進行傳感。
利用金剛石的惰性和摻硼傳導能力來生產高度可逆的電化學傳感器。
利用兩極電化學電池中的摻硼金剛石替代腐蝕性液體，減少有害化學品，實現環保型電池的生產。
5. 在聲學領域中的應用
5.1 用作制作高保真的聲學器件
金剛石具有最高的傳聲速度（C=18.5km/s）和適度的內阻尼因素，用其薄膜制備的振動膜具有優異的高頻響應特性，而材料的HRF值隨著傳聲速度的增加而增加,可達63kHz。信號噪聲比也隨傳聲速度的增加而增加，而高的號噪聲比才能產生清晰的聲音。由于和DF和DLC的HRF較大，屬于最理想的中高音振膜材料，可用來制造高檔保真（High-Fidility,簡稱Hi-Fidility,簡稱Hi-Fi）聲學器件。
多晶金剛石涂覆的陶瓷振膜已用做高檔立體聲揚聲器的高頻振膜。國際上DLC涂層振動膜已接近商品化，DF振動膜與商品化尚有距離。
5.2 空間探測器“旅行者1號”攜金剛石留聲機針駛離太陽系
近日，美國航天局（NASA)噴氣推進實驗室發表聲明，于1977年發射的“旅行者1號”探測器發回的數據顯示，它已抵達太陽系邊緣。
這個肩負著追尋宇宙文明使命的航天器，最特別之處就是在于它攜帶了一張銅質磁盤唱片，唱片有12英寸厚，鍍金表面，內藏金剛石留聲機針。金剛石具有高的楊氏模量和彈性模量，便于高頻聲學波高保真傳輸，是做揚聲器高頻振膜最理想的材料。
一封寫給地外文明的“信”也因其獨有的金剛石留聲機針裝置，將有效使用時間延長到了十億年之后。遠離太陽系后，“旅行者1號”還將攜帶著地球人的問候以每秒17公里的速度向銀河系中心駛去。
5.3 用作射頻微電機及SAW器件的理想材料
UNCD具有在所有材料中聲速最高、功耗低（Q值高）、頻率溫度系數低以及在高的頻率/功率下的線性頻率響應，使其成為GHz頻段上射頻微機電器件的理想材料。采用UNCD將射頻濾波器和開關與性能微電子直接集成來達到增強性能，并且能極大地減小器件的尺寸。
金剛石膜聲表面速度可達到9000~10000m/s，在目前所有材料中最高。因此，用金剛石膜可制造出頻率最高的SAW器件。另外，金剛石的高導熱率使得SAW器件能夠承受更高的功率。日本住友電氣公司在硅基金剛石膜基片SAW器件的制造方面處于世界領先水平。2002年已經能夠做到50GHz。
6. 用于磁性錄音系統
首先，納米金剛石在磁帶和磁盤的鐵碌磁鍍膜中的應用是作為減磨的添加劑和物理的變性劑；其次，將其添加到電化學的復合鍍膜中，可改善磁性錄音的穩定性。
磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結構、矯沛頑力征很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。作為磁記錄單位的磁性粒子 的大小必須滿足以下要求：
（1）顆粒的長度應遠遠小于記錄波長；
（2）粒子的寬度應該遠小于記錄深度；
（3）一個單位的記錄體積中，盡可能有更多的磁性粒子。
納米金剛石添加到鐵磁層明顯的能減少磁疇(鐵磁體的顆粒)，即錄音密度能明顯地增大。
納米金剛石引入到磁頭潔凈的專用膜中，其耐磨性明顯地增大。
含有納米金剛石的軟磁信息載體具有以下優越性：磁載體層磨損下降、摩擦減少和運轉穩定性提高。
與純Cop鍍膜比較，Cop-納米金剛石軟磁的非晶膜顯示，顯微硬度增大30%，耐磨性提高3.5倍，摩擦系數減少28.6%，磁頭鐵芯的使用壽命增加1倍。
7. 在場發射顯示器中的應用
場發射顯示器（Field Emissinon Display ,FED)是一種新型自發光平板顯示器。
金剛石有比較低的逸出功，電子較容易通過表面勢壘而成為場發射的電子，這是作為場發射陰極最重要的條件。此外，金剛石膜還具有一系列優異的性能，如極高的硬度、導熱性極佳、光透性好、化學性能穩定等，這些都是場發射陰極的有利條件。因此，用金剛石膜來做冷陰極成為研究熱點之一，并取得了相當的成果。
需要指出的是，高質量的金剛石幾乎不導電，難以做成直接用來作場發射顯示器的陰極。目前,用來作場發射陰極的是類金剛石膜或摻N、H等元素的金剛石膜。如今在大多數實際研究中，一般采用沖sp3含量較髙的類金剛石膜并摻N、H等元素后作為場發射材料。
冷陰極場發射顯示器因為綜合了當前各種顯示器的優點，其前景備受方方面面的一致看好，被認為是顯示器的“明日之星”。
8. 電子信息行業
在電子信息領域中，超硬材料切割工具主要用于電子元件用晶體材料加工、IC(集成電路）封裝材料切斷加工、光電子元件模塊的光學部件加工、視聽顯示器件模塊部件的加工等。隨著科學技術的進步，IC集成度越來越高，功能模塊化設計推陳出新，相應的加工工序對超硬材料工具的要求也越來越高，同時也促進了電子信息領域用超硬材料切割工具的發展。
目前電子信息領域用超硬材料工具市場大部分還是被國外產品所占據，主要是日本DICO、ASAHI、MITSUBISH，美國ITI、MTI、UKAM，韓國EHWA、SHINHAN，瑞士WALL等公司。對此，國內已進行了有針對性的開發，其中三磨所做了大量開發工作，部分產品性能達到或接近國外產品性能。
9. 在熱學性能方面的應用
9.1 新型固態激光器
將金剛石用作固態激光器材料為設計小而緊湊的固態激光器帶來了新的機遇，這些激光器將具有更強的功率承載能力，并在當前無法獲得的波長下進行，因而會開辟新的應用領域。金剛石擁有獨特的光學和熱學綜合特性，因此非常適合于這些應用，元素六生產的最新單晶CVD材料就充分利用了這些特性。例如，拉曼激光器已經利用硅等材料被開發出來，而且正被用于電信領域，而利用金剛石則可以將其性能提升至新的功率水平和更多的波長。
由于熱量問題，目前的幾代連續波固態拉曼激光器被局限于區區幾瓦功率。金剛石具有很強的導熱性和較低的熱膨脹系數，因而擁有更大的功率承載能力。從事此項研究的Kemp博士指出：“激光工程中最不受關注但卻最普遍的問題是如何處理熱能，尤甚是當你希望在小封裝中實現高性能的時候。在高功率拉曼激光器中這一問題尤為突出，因為能夠成為很好的拉曼轉換器的晶體通常導熱性很差，于是金剛石便有了它的用武之地。金剛石的導熱性比常用的拉曼旋光晶體高出兩到三個數量級，它應是一種出色的拉曼介質,我們能夠實現更高的輸出功率。”此外，與目前使用的拉曼旋光晶體相比，金剛石改變波長的能力更強一些，這可能會增加它的應用潛力。ChrisWort說：“與傳統的拉曼介質相比，金剛石擁有更高的拉曼增益系數和更大的拉曼位移。”
9.2 熱沉應用
CVD金剛石具有和單晶Ⅱa型金剛石同樣的最高熱導率，使它在最活躍的迫電子、光電子、光通訊等領域中作為高功率密度的髙端器件的散熱元件得到廣泛的應用。主要應用在激光二極管及陣列、高速計算機CPU芯片多維集成電路、軍用大功率雷達微波行波管導熱支撐桿、微波集成電路基片、集成電路封裝自動鍵合工具TAB等高技術領域。
當前集成電路，激光二極管列陣等大功率髙密度器件的應用越來越廣泛，但隨著管芯溫度的升高，使用壽命和性能則大為縮短。而高熱導率的金剛石熱沉可以盡快將熱量導出，從而減小溫升。
10. 高溫、高頻半導體材料應用
CVD金剛石是一種性能優異的高溫、寬帶隙半導體材料，其電子和空穴載流子遷移速度極高。CVD金剛石半導體其工作最高溫度可達到600℃以上，這是金剛石材料被定格的終極應用。CVD代替目前最廣泛應用的鍺、硅和砷化鎵半導體材料，將成為半導體材料和技術發展的里程碑。因此，材料學家預測，CVD半導體器件的問世是電子技術的一場革命。目前CVD金剛石二極管、場效應二極管以及在惡劣環境下使用的多種光敏—壓敏—熱敏半導體器件已研制成功，并開始應用和進人市楊。
11. 電化學和幅射探測學應用
CVD金剛石的電絕緣、寬禁帶、抗幅射以及特有的電負性特點，使它在核反應、高能粒子加速器的探測器應用獲得成功。同時，具有高靈敏度的CVD金剛石放射性探測器在腫瘤的治療、放射性污染檢測和處理中做出了很好的貢獻。由于其具有非常寬的電化學窗口(＞3V)和極好的化學惰性，摻雜的CVD金剛石電化學電極已經開始在環境保護領域如有害污染檢測和污水處理中得到應用。
12. 愿望潛力
(1)值得注意的是，單晶CVD金剛石制作的超高強度砧座可用于新材料合成與基礎科學研究的新一代高壓試驗裝置。元素六公司作為研制CVD金剛石的領先企業，目前正積極開發利用這種材料的尖端性能,這可能對本世紀科學技術的發展產生巨大而深遠的影響。
(2)用CVD金剛石這種寬能帶隙材料制造的固體電路器件，具有不同于硅器件的優越特性，有可能改善現有電氣設計與電路布局，從而影響宇航工業未來動力電子設備的結構。
(3)金屬半導體場效應晶體管一直被認為是采用CVD金剛石制造的最有發展前景的器件之一。因為金剛石與傳統的半導體相比，具有在更高溫度和更高擊穿電壓下工作的能力。與電子線路中應用的具有競爭力的材料如硅和砷化鎵等相比，單晶CVD金剛石的內在固有性質顯然更為優越，在高科技中的應用具有強勁需求。新型電子器件的應用以期改進微波功率電子設備，有可能將引起微波功率電子設備的大變革。
(4)用單晶CVD金剛石制作的高數值孔徑透鏡，用于近場光信息存儲可使光盤的信息容量大為提高，有可能提高到150GB以上。據稱，理論信息容量可高達550GB。
(5)值得提及的是，金剛石微波透射窗是目前德國和日本正在進行的核聚變試驗的關鍵部件，也是正在法國建造的國際熱核試驗反應堆的重要部件。由于CVD金剛石對微波能的吸收率低，但熱導率高，而且介電常數小，因而在微波應用中是至關重要的材料。
(6)如果量子級超高純度單晶質CVD金剛石在量子計算機的應用獲得成功，將極大地提高計算機的運算速度，快速搜索查找浩如煙海的數據庫并建立復雜的計算模型，就有可能迅速破譯極其復雜的密碼。目前各國軍事機構均不遺余力支持量子計算機的研制，可以說，這種超純度各向同性量子單晶質CVD金剛石的研制成功，標志著CVD技術合成金剛石發展的一個里程碑。
(7)ADT公司成功研制的UNCD Horigong是迄今世界上最光滑的UNCD薄膜，標志著CVD金剛石技術水平一個劃時代的躍進，使金剛石薄膜的表面光潔度達到了電子級硅晶片的水平，開創了金剛石薄膜在電子器件和生物醫學器件上多樣化應用的新時代。
(8)在21世紀，世界各國的具有開拓創新、勇于挑戰自我的科技工作者，都不約而同地把目光投向一種新型材料——納米材料，而納米金剛石是納米材料 家族中的一個非常重要的成員。納米和納米以下的結構是未來科技發展的一個重點，它既是一次技術革命，又是一次產業革命。由于納米金剛石具有奇特的物理—機械性能，因此，它是一種具有重要理論研究和應用研究價值的材料。相信，其開發應用一定會推動人類科技迅速的發展，給人們帶來更多的物質利益和福音。從已開發的應用領域就不難預言其潛在前景是美好的。
