单晶金刚石 vs. 多晶金刚石：同为碳元素，性能迥异
当我们提到“金刚石”时，脑海中常浮现出闪耀夺目的宝石形象。然而，在材料科学领域，金刚石的意义远不止于此。它不仅是自然界中最坚硬的物质之一，更是电子学、光学及机械工程等领域中极为重要的功能性材料。在其多种形态中，单晶金刚石（Single-Crystal Diamond, SCD）与多晶金刚石（Polycrystalline Diamond, PCD）虽然都由具有sp³键合的纯碳原子构成，却因结构差异而展现出显著不同的性能与应用。
单晶金刚石的碳原子以完美的立方晶格排列，不存在晶界，杂质含量极低。其物理性质表现出各向异性，即硬度与热导率在不同晶向上会有轻微差异。
相比之下，多晶金刚石是由无数微米或纳米级金刚石晶粒通过烧结形成的。这些晶粒取向随机，使其在宏观上表现出各向同性的特征。然而，其晶界处可能存在残余催化剂或微量非金刚石相。
这种结构上的根本差异——“完美晶格 vs. 晶粒集合体”——正是单晶金刚石与多晶金刚石在力学、热学及电子性能方面差异的本质来源。
单晶金刚石（SCD）
硬度：理论上最高，莫氏硬度为10；
热导率：超过2000 W/(m·K)，为目前已知材料中最高；
电子与光学性能：具有高载流子迁移率、宽禁带（5.5 eV）及从紫外至红外的高透光率；
局限性：各向异性可能导致某些方向上脆性较高，尺寸受限，制造成本昂贵。
多晶金刚石（PCD）
硬度与韧性：略低于SCD，但具有优异的耐磨性，且不易沿特定方向开裂；
热导率：数百 W/(m·K)，可满足大多数工程应用需求；
各向同性：力学性能均匀，抗冲击性能优于SCD；
局限性：晶界降低了电子性能与光学透明度，高温下晶界处可能发生石墨化。
单晶金刚石主要通过**高温高压法（HPHT）或化学气相沉积法（CVD）**生长，能够获得高纯度晶体，但尺寸有限，适用于高端电子与光学领域。
多晶金刚石可通过HPHT金刚石粉末烧结（通常含金属催化剂）或CVD沉积制备成薄膜或块体。这种方法可实现大面积制备且成本较低，更适合工业化大规模应用。
单晶金刚石（SCD）广泛应用于高功率电子器件基底、射频器件、量子芯片、精密光学窗口与高灵敏传感器等，对性能要求极高的领域。
多晶金刚石（PCD）则常用于切削刀具、矿用钻头、耐磨部件及散热基板等注重耐久性与尺寸可扩展性的工程应用。
尽管单晶与多晶金刚石都具有sp³键合的碳结构，但它们在结构、性能、成本及应用上存在显著差异。单晶金刚石代表了性能极限与技术前沿，而多晶金刚石则以成本优势与工程实用性见长。
展望未来，随着CVD技术的成熟与纳米尺度制备工艺的进步，二者的应用界限有望逐渐模糊。混合型方案——如高性能PCD或低成本SCD——有望进一步拓展金刚石材料在工业领域的应用版图。
