前言

金刚石是碳的同素异形体，但与石墨等sp2碳原子结合而成的炭材料不同的是，金刚石是由sp3杂化碳原子通过共价键结合的晶体，其独特的结构赋予金刚石很多极限物理化学性质，包括最高的硬度、最高的热导率、最高的色散以及极其稳定的化学性质等。

金刚石是目前已知的世界上最硬的物质，合成的立方氮化硼晶体结构与金刚石类似，硬度仅次于金刚石，这两种材料被称为超硬材料。远高于其他材料的硬度使超硬材料成为性能优异的工具材料，尤其是在加工硬质材料方面，具有无可比拟的优越性。硬度之外的一些极限物理化学特性，包括极高的热导率、优异的化学稳定性等，使其成为重要的功能材料，在光学、电学、热学方面具有极大的发展潜力，例如，金刚石的热导率是所有材料中最高的，是极佳的热沉材料，同时由于金刚石电阻率高，可作为集成电路基片和绝缘层以及固体激光器的导热绝缘层；金刚石在从紫外到远红外整个波段都具有高的透过率，是大功率红外激光器和探测器的理想窗口材料；其折射率高，可作为太阳能电池的反射膜；含硼金刚石是宽禁带半导体材料，可用于高功率、高频及高温电子器件，激光器，探测器等；结合其良好的化学稳定性，可以成为高稳定电极材料，应用于电分析、电合成、电催化以及污染物检测及降解等领域；金刚石能耐各种温度下的非氧化性酸，与血液和其他流体不起反应，因此它又是理想的医学生物体植入材料，结合其极低的摩擦系数，金刚石可以做心脏瓣膜、人工关节等。集如此多的优异性能于一身的材料，正是科技工作者所期望的，也因此近年来金刚石吸引了众多研究者的广泛关注。

天然金刚石在自然界中极其罕见，也因此钻石成为最贵重的宝石。金刚石的广泛应用得益于人工合成金刚石技术的发展。自20世纪50年代，高压合成第一颗金刚石以来，金刚石及相关材料获得了突飞猛进的发展。21世纪以来，随着高压合成技术以及低压化学气相沉积技术的快速发展和进步，宝石级大单晶及大尺寸的金刚石薄膜的商品化，使得超硬炭材料的发展进入了一个新的阶段。

本书作者在大量阅读国内外相关文献的基础上，结合自身长期的科研、教学工作，对超硬材料合成技术与方法、超硬材料性能、超硬材料工具以及超硬材料在功能材料领域的应用等进行了系统阐述，同时对金刚石复合材料的界面问题、金刚石表面镀覆改性的理论和方法；纳米金刚石的电化学性质和在电化学领域的应用；以及极硬纳米孪晶金刚石等新型金刚石的合成等一批最新科研成果做了重点介绍。力图通过此书使超硬材料被更多的读者所了解，激发大家对超硬炭材料的研究兴趣，也为超硬炭材料领域的同行提供参考，为有志于从事本专业工作的高等院校的学生提供系统的教材。希望我们的工作可以为超硬炭材料的发展做出微薄的贡献。但由于作者水平有限，书中不可避免存在错误与缺陷，恳请读者批评指正。

本书共分为12章，全书由王艳辉、臧建兵主编并统稿，其中第1章及第10、11、12章由王艳辉编著，第2、3、6、8章由臧建兵编著，第4章由张书达编著，第5章由董亮编著，第7章由成晓哲编著，第9章由温斌编著。在撰稿过程中，得到了常锐、张艳、赵玉玲、贾影丹、贾少培等的大力帮助，在此一并表示感谢。

编著者

2017年5月