鑽石有一些特性就如同它的外表那般閃耀奪目。
鑽石是世界上已知最堅硬的物質。
它既不怕化學藥劑的腐蝕，也可抗壓縮與抗輻射。
鑽石的傳熱速率比任何其他物質都要快（譯者案：鑽石的導熱係數在室溫下大約是銅的7倍，銀的6倍），電阻又出奇的高，同時可以穿透可見光、Ｘ光、紫外光及大部分的紅外光（譯者案：鑽石依氮雜質含量不同會吸收2200Å或3300Å以下的紫外光）。
就以上大部分的特性而言，鑽石都是出類拔萃，遠遠超過其他所有物質。 由於鑽石的這些優異特性，使得能以廉價生產的人造鑽石──鑽石晶體與鑽石薄膜──在研究與商業應用上擁有極大的潛力。這種鑽石能夠生長出來嗎？此種夢想成真的時代，在1990年已能看出它來臨的端倪。
礦坑到實驗室在能製造出人工鑽石之前，鑽石只能經由開礦取得，產量一般都不多。目前全世界一年生產的天然鑽石還不到20噸。
雖然鑽石在世界很多地區都有發現，但是從歷史紀錄來看，印度、巴西與南非先後是世界鑽石的主要生產國家。今天南非的卡浦佛（Kaapvaal）地盾是世界上產量最大的幾個鑽石礦產中心之一。
天然鑽石是在地底下高溫高壓的地函區域結晶形成的。在地函生成的岩漿夾帶著鑽石經由火山噴發作用，而上升到地表形成慶伯利岩（kimberlites）。鑽石就是從管狀慶伯利岩中開採出來的。另外在慶伯利岩體附近的河床或海濱地區，也可從慶伯利岩風化而形成的漂沙中找到鑽石。
由於生產人造鑽石新科技的發展，人們對於鑽石的探求漸由礦坑移向實驗室。鑽石材料應用潛力的多樣性以及可預期的巨額利潤，已經令國際上生產高品質人工鑽石業者，摩拳擦掌起來了。
鑽石晶體與鑽石薄膜製造科技的突破，在1990年變得熱絡起來。同時，使用高純度的起始原料，得以合成單一同位素組成的人工鑽石（純碳-12的鑽石），這種鑽石的優異特性甚至超越了天然鑽石。其中最特別的是，這種鑽石薄膜所具有的卓越超凡的傳熱速率。雖然仍在改進中的化學氣相沈積法製造人工鑽石薄膜的費用，仍然十分高昂──估計每克拉需花費大約2700元台幣──但是此種技術如進一步改良，將會使費用大幅度降低。
鑽石半導體 有一些鑽石晶體及鑽石薄膜蒸鍍的產品，已經在市面上可買到──比如電子微探儀的Ｘ射線光窗、高硬度耐磨耗工業用的磨具、刀具等工具，以及擴大器中共鳴箱的振動板等──但這只是將來預期鑽石材料應用中的極小部分而已。
其實就那些高溫高壓、強烈輻射線、高鹽分及其他惡劣環境（如海洋、太空、引擎內部及核子反應爐等）來說，人既無法接近或暴露其中，一般材料也容易被腐蝕破壞，此刻在這種環境中，即使採用目前高成本製作的鑽石，亦是值得的。
鑽石半導體必須使用摻雜其他元素的單晶鑽石薄膜；其他方面的應用只需使用複晶鑽石薄膜即已足夠。比如說抗磨耗工具外表就是被覆一層複晶鑽石薄膜，以增加使用效率與使用年限。工業界正面臨一種新挑戰，那就是對這些不需更換而永遠銳利的刀具、鋸片，索價多高才算合理。
鑽石薄膜可以被覆在窗玻璃及鏡片上，使它們既不怕刮損磨傷，也不會反光，更可使光線容易穿透。因為鑽石膜的抗磨耗特性，它也可能用來製作高效率、低摩擦、永遠不需潤滑的機械軸承或義肢、假牙等。
一個超大型計畫即將出現，那就是應用鑽石薄膜製作超導超級碰撞器（SSC）所需的高速偵測器；這計畫預定將需使用100萬克拉（譯者案：1克拉＝0.2公克）以上的鑽石薄膜。 除了製作鑽石薄膜及表面被覆外，科學家也在合成鑽石晶體材料。他們已做出柴油引擎用的鑽石噴嘴，另外也做出提供金屬成型用的鑽石薄板、鑽石穹及鑽石管等。將製造這些特殊型式鑽石所用的模板腐蝕後，在這類型式的鑽石中，便能呈現出鑽石的一切優異特點，而為人類所利用。 技術上的突破 本世紀初以來，人類就對人工製造鑽石感興趣，但是一直到1958年在高溫高壓（1600K及55千巴）條件下，使用甲烷合成鑽石的技術才在美國獲得專利。但是甲烷分解時，除鑽石外也會形成石墨，因而嚴重阻礙鑽石的生長，因此也限制這種培育方法的可行性。（鑽石與石墨都是由碳元素所組成的物質，但是碳原子在兩者結晶中的排列方式不同：鑽石是由碳原子以正四面體配位幾何及強有力的共價鍵結合，所造成堅硬而緻密的等軸晶系結晶；石墨是由碳原子以共價鍵形成六方對稱的碳層，碳層間再以微弱的凡得瓦力連繫起來，所形成的柔弱材料。）
到了1977年，蘇俄的研究人員發現以甲烷製造鑽石的過程中，若在反應爐內加入原子態的氫，則可以抑制石墨的生長。氫原子的作用有兩方面，一是抑制石墨的結核作用，又可促進形成碳氫基以利鑽石生長。到了1981年蘇俄科學家報告說，他們已經能在鑽石晶種上生長單晶鑽石膜，並在金屬基板上生長鑽石顆粒。 薄膜工業迅速發展 石墨形成的問題既然已經解決，日本及其他國家的研究人員在1980年初期，便開始發展低壓化學氣相沈積技術（參閱本刊今年元月號〈鑽石冶煉術〉一文）；這技術可以培育高品質的單晶鑽石顆粒及複晶鑽石膜。
化學氣相沈積法是將氫與碳氫化合物如甲烷（乃至於一般通俗報告中所指的沼氣、伏特加酒、米酒）加熱到2200℃。碳氫化合物裂解出的碳原子經離子化後，在基板上以鑽石的結構方式結晶出來。使用化學氣相沈積法所培育的鑽石膜，要比高溫高壓條件下生成的平滑並且也大一點。 1990年七月，美國的科學家報告指出：他們已合成出幾乎由純碳-12同位素所組成的鑽石膜（由99.9%12C組成，天然鑽石除12C外，另有1％的13C）。這種純碳-12同位素的鑽石膜，不僅比天然的傳熱速率高50％，而且抗拒雷射光照射受損的能力也比天然的強10倍。
目前氣相沈積培育鑽石技術，正以指數成長中。鑽石薄膜在幾十托（torr,1托＝1毫米水銀柱）的低壓環境到一大氣壓下都可以生長。生長速率已達每小時一毫米。各種裂解碳氫的方法都已發展出來，包括微波放電法、熱燈絲法、電漿法、離子束法等。若在反應氣體中加入鹵素，則可以在低溫條件（這裡的低溫是指大約300℃，一般鑽石生長都在700～1100℃之間）下生長鑽石膜；對無法承受高溫的基板而言，低溫生長鑽石膜是很重要的一項考慮。改變化學氣相沈積法的各種物理及化學參數，便能生長各種不同晶型的鑽石，速度既快、品質又好。
有些情況下，類鑽碳膜（像鑽石的碳膜，氫原子含量在1％以下）或是類鑽碳氫膜（包含20～60％氫原子的碳膜）與鑽石膜的性能相較，可能有過之而無不及。一般而言，這類碳膜的生成溫度要比鑽石膜來得低。其他類似材料如氮化硼的研究發展，也受益於鑽石科技蓬勃的發展。
鑽石薄膜科技面面觀 即使人們對化學氣相沈積法「如何」以及「為什麼」能把碳氫化合物轉變為鑽石，還缺乏明確了解，但是這項鑽石培育科技目前已有相當成就。現在正是從理論與實驗兩方面共同著手探究以了解：鑽石生長過程中的中間相到底是什麼？是那一些特定分子促使鑽石成長？鍵結在鑽石外表的原子又是那些？是那些雜質（如氮、硼等）干擾鑽石的成長？反應條件如何影響鑽石膜的生長速率、厚度及外形？還有，如何應用鑽石的特性以增加它的實用性？ 大部分的材料──金屬、陶瓷、塑膠、聚合物及紙類，都被認為是鑽石應用上的理想基板材料，因此了解是什麼東西促成基板與鑽石膜之間的鍵結，是非常重要的。
某些特殊應用上的要求，需將鑽石以磊晶成長在基板上，但是另外一些應用就只要求能將鑽石長在基板上即可。 人工鑽石膜的生長雖然花了四分之一世紀時間的研究，才漸入佳境，但鑽石材料的未來將是無比光輝燦爛。 （本文譯自R. L. Guyer & D. E. Koshland, 『Diamond：glittering prize for material science』, Sciecne, 250：1640～1641, 21Dec. 1990.） 余樹楨任教於成功大學地科系 分子年度之星 余樹楨 譯 更新日期:1991/05/01 鑽石的未來不是夢
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