常见原子晶体有：
1、金刚石：
金刚石石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
2、晶体硼：
晶体硼呈黑灰色，硬度极高，与金刚石的硬度接近，其导电性差，但它的电导率却随着温度的升高而增大，从而显示出与金属导体的不同。
3、晶体硅：
晶体硅材料是最主要的光伏材料，性质为带有金属光泽的灰黑色固体、熔点高、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼。
4、氮化硼：
氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为436%的硼和564%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼、菱方氮化硼、立方氮化硼和纤锌矿氮化硼。
5、锗单晶：
锗单晶是不含大角晶界或孪晶的锗晶体。呈金刚石型晶体结构，是重要的半导体材料。锗单晶产品又包括太阳能级别锗单晶，红外级锗单晶和探测器级锗单晶。
碳的英文名称来自于拉丁语“carbo”（木炭）一词。由于碳元素在自然界天然存在，它是人类最早认识的化学元素之一。它与铁、硫、铜、银、锡、锑、金、汞、铅等都是古代人早就认识到的化学元素。碳元素是自然界中分布最为广泛的基础元素之一。自然界中以游离状态存在的碳有金刚石、石墨和煤。碳元素的发现与确认，经历了漫长艰苦的历程，是科学技术发展史上的一项重要成就。北京周口店地区遗址就有单质碳的存在，时间可以上溯到大约50万年以前。从新石器时代人类开始制造陶器起，炭黑就被用来作为黑色颜料制造黑陶。战国时代(公元前403一前221年)我国就已用木炭炼铁。随着冶金业的发展，人们在寻找比木炭更廉价的燃料时，找到了煤。据《汉书·地理志》记载：“豫章郡(现今江西省南昌市附近)出石，可燃为薪。”汉代文献《盐铁论》日：“故盐冶之大业，皆依山川，近铁炭。”中国考古工作者在山东平陵县汉初冶铁遗址中发现了煤块，说明中国汉朝初期，即公元前200年就已用煤炼铁了。碳的汉字来自于“炭”。因我国古时称煤为“炭”，遂造为“碳”。到19世纪初，科学家们发现，碳元素是组成生物体最基本的元素。
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帖子主题：碳元素的介绍
楼主：shaoys [2006-3-18 下午 02:49:53]
碳元素的介绍
碳，CARBON，源自carbo，也就是木炭，这种物质发现得很早，上图显示出它的三种自然形式：钻石、炭和石黑。碳的无数化合物是我们日常生活中不可缺少的物质，产品从尼龙和汽油、香水和塑料，一直到鞋油、滴滴涕和炸药等，范围广泛种类繁多。
碳的发现简史
碳可以说是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之一。自从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触，由于闪电使木材燃烧后残留下来木炭，动物被烧死以后，便会剩下骨碳，人类在学会了怎样引火以后，碳就成为人类永久的“伙伴”了，所以碳是古代就已经知道的元素。发现碳的精确日期是不可能查清楚的，但从拉瓦锡(Lavoisier A L 1743—1794法国)1789年编制的《元素表》中可以看出，碳是作为元素出现的。碳在古代的燃素理论的发展过程中起了重要的作用，根据这种理论，碳不是一种元素而是一种纯粹的燃素，由于研究煤和其它化学物质的燃烧，拉瓦锡首先指出碳是一种元素。
碳在自然界中存在有三种同素异形体——金刚石、石墨、C60。金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2，因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。正是拉瓦锡首先把碳列入元素周期表中。C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家哈里可劳特等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。
碳元素的拉丁文名称Carbonium来自Carbon一词，就是“煤”的意思，它首次出现在1787年由拉瓦锡等人编著的《化学命名法》一书中。碳的英文名称是Corbon。
碳单质
碳在地壳中的质量分数为0027%，在自然界中分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。
截止1998年底，在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为188百万种，其中绝大多数是碳的化合物。
众所周知，生命的基本单元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架变化而来的。先是一节碳链一节碳链地接长，演变成为蛋白质和核酸；然后演化出原始的单细胞，又演化出虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。这三四十亿年的生命交响乐，它的主旋律是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。碳，是生命世界的栋梁之材。
纯净的、单质状态的碳有三种，它们是金刚石、石墨、C60。它们是碳的三种同素异形体。
金刚石
石墨
碳六十
金刚石
金刚石晶莹美丽，光彩夺目，是自然界最硬的矿石。在所有物质中，它的硬度最大。测定物质硬度的刻画法规定，以金刚石的硬度为10来度量其它物质的硬度。例如Cr的硬度为9、Fe为45、Pb为15、钠为04等。在所有单质中，它的熔点最高，达3823K。
金刚石晶体属立方晶系，是典型的原子晶体，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体。这是金刚石的面心立方晶胞的结构。
由于金刚石晶体中C—C键很强，所有价电子都参与了共价键的形成，晶体中没有自由电子，所以金刚石不仅硬度大，熔点高，而且不导电。
室温下，金刚石对所有的化学试剂都显惰性，但在空气中加热到1100K左右时能燃烧成CO2。
金刚石俗称钻石，除用作装饰品外，主要用于制造钻探用的钻头和磨削工具，是重要的现代工业原料，价格十分昂贵。
石墨
石墨乌黑柔软，是世界上最软的矿石。石墨的密度比金刚石小，熔点比金刚石仅低50K，为3773K。
在石墨晶体中，碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价单键，构成六角平面的网状结构，这些网状结构又连成片层结构。层中每个碳原子均剩余一个未参加sp2杂化的p轨道，其中有一个未成对的p电子，同一层中这种碳原子中的m电子形成一个m中心m电子的大∏键(键)。这些离域电子可以在整个儿碳原子平面层中活动，所以石墨具有层向的良好导电导热性质。
石墨的层与层之间是以分子间力结合起来的，因此石墨容易沿着与层平行的方向滑动、裂开。石墨质软具有润滑性。
由于石墨层中有自由的电子存在，石墨的化学性质比金刚石稍显活泼。
由于石墨能导电，有具有化学惰性，耐高温，易于成型和机械加工，所以石墨被大量用来制作电极、高温热电偶、坩埚、电刷、润滑剂和铅笔芯。
碳六十
20世纪80年代中期，人们发现了碳元素的第三种同素异形体——C60。我们从以下三个方面介绍C60
碳六十的发现和结构特点
碳六十的制备
碳六十的用途
碳六十的发现和结构特点
1996年10月7日，瑞典皇家科学院决定把1996年诺贝尔化学奖授予Robert FCurl，Jr(美国)、Harold WKroto(英国)和Richard ESmalley(美国)，以表彰他们发现C60。
1995年9月初，在美国得克萨斯州Rice大学的Smalley实验室里，Kroto等为了模拟N型红巨星附近大气中的碳原子簇的形成过程，进行了石墨的激光气化实验。他们从所得的质谱图中发现存在一系列由偶数个碳原子所形成的分子，其中有一个比其它峰强度大20~25倍的峰，此峰的质量数对应于由60个碳原子所形成的分子。
C60分子是以什么样的结构而能稳定呢？层状的石墨和四面体结构的金刚石是碳的两种稳定存在形式，当60个碳原子以它们中的任何一种形式排列时，都会存在许多悬键，就会非常活泼，就不会显示出如此稳定的质谱信号。这就说明C60分子具有与石墨和金刚石完全不同的结构。由于受到建筑学家Buckminster Fuller用五边形和六边形构成的拱形圆顶建筑的启发，Kroto等认为C60是由60个碳原子组成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形组成，只有这样C60分子才不存在悬键。
在C60分子中，每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，剩余的未参加杂化的一个p轨道在C60球壳的外围和内腔形成球面大∏键，从而具有芳香性。为了纪念Fuller，他们提出用Buckminsterfullerene来命名C60，后来又将包括C60在内的所有含偶数个碳所形成的分子通称为Fuller，中译名为富勒烯。
碳六十的制备
用纯石墨作电极，在氦气氛中放电，电弧中产生的烟炱沉积在水冷反应器的内壁上，这种烟炱中存在着C60、C70等碳原子簇的混合物。
用萃取法从烟炱中分离提纯富勒烯，将烟炱放入索氏(Soxhlet)提取器中，用甲苯或苯提取，提取液中的主要成分是C60和C70，以及少量C84和C78。再用液相色谱分离法对提取液进行分离，就能得到纯净的C60溶液。C60溶液是紫红色的，蒸发掉溶剂就能得到深红色的C60微晶。
碳六十的用途
从C60被发现的短短的十多年以来，富勒烯已经广泛地影响到物理学、化学、材料学、电子学、生物学、医药学各个领域，极大地丰富和提高了科学理论，同时也显示出有巨大的潜在应用前景。
据报道，对C60分子进行掺杂，使C60分子在其笼内或笼外俘获其它原子或集团，形成类C60的衍生物。例如C60F60，就是对C60分子充分氟化，给C60球面加上氟原子，把C60球壳中的所有电子“锁住”，使它们不与其它分子结合，因此C60F60表现出不容易粘在其它物质上，其润滑性比C60要好，可做超级耐高温的润滑剂，被视为“分子滚珠”。再如，把K、Cs、Tl等金属原子掺进C60分子的笼内，就能使其具有超导性能。用这种材料制成的电机，只要很少电量就能使转子不停地转动。再有C60H60这些相对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的燃料。等等。
碳的成键特征
碳在元素周期表中属第ⅣA族头一名元素，位于非金属性最强的卤素元素和金属性最强的碱金属之间。它的价电子层结构为2s22p2，在化学反应中它既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，而是形成特有的共价键，它的最高共价数显然为4。
碳原子sp3杂化
碳原子sp2杂化
碳原子sp杂化-1
碳原子sp杂化-2
碳原子sp3杂化
碳原子的sp3杂化可以生成4个δ键，形成正四面体构型。例如金刚石、甲烷CH4、四氯化碳CCl4、乙烷C2H6等。
在甲烷分子中，C原子4个sp3杂化轨道与4个H原子生成4个δ共价键，分子构型为正四面体结构。
碳原子sp2杂化
碳原子的sp2杂化生成3个δ键，1个∏键，平面三角形构型。例如石墨、COCl2、C2H4、C6H6等。
在COCl2分子中，C原子以3个sp2杂化轨道分别与2个Cl原子和1个O原子各生成1个δ共价键外，它的未参加杂化的那个p轨道中的未成对的p电子O原子中的对称性相同的1个p轨道上的p电子生成了一个∏共价键，所以在C和O原子之间是共价双键，分子构型为平面三角形。
碳原子sp杂化-1
生成2个δ键、2个∏键，直线形构型。例如CO2、HCN、C2H2等。
在CO2分子中，C原子以2个sp杂化轨道分别与2个O原子生成2个δ共价键，它的2个未参加杂化的p轨道上的2个p电子分别与2个O原子的对称性相同的2个P轨道上的3个p电子形成2个三中心四电子的大∏键，所以CO2是2个双键。
在HCN分子中，C原子分别与H和N原子各生成1个δ共价键外，还与N原子生成了2个正常的∏共价键，所以在HCN分子中是一个单键，1个叁键。
碳原子sp杂化-2
生成1个δ键，1个∏键，1个配位∏键和1对孤对电子对，直线型构型。例如在CO分子中，C原子与O原子除了生成一个δ共价键和1个正常的∏共价键外，C原子的未参加杂化的1个空的p轨道可以接受来自O原子的一对孤电子对而形成一个配位∏键，所以CO分子中C与O之间是叁键，还有1对孤电子对。
碳原子不仅仅可以形成单键、双键和叁键，碳原子之间还可以形成长长的直链、环形链、支链等等。纵横交错，变幻无穷，再配合上氢、氧、硫、磷、和金属原子，就构成了种类繁多的碳化合物。
二氧化碳
CO2是无色、无臭的气体，在大气中约占003%，海洋中约占0014%，它还存在于火山喷射气和某些泉水中。地面上的CO2气主要来自煤、石油、天然气及其它含碳化合物的燃烧，碳酸钙矿石的分解，动物的呼吸以及发酵过程。当太阳光通过大气层的时候，CO2吸收波长13~17nm的红外线，如同给地球罩上一层硕大无比的塑料薄膜，留住温暖的红外线，不让它散失掉，使地球成为昼夜温差不太悬殊的温室。CO2的温室效应为生命提供了舒适的生活环境。它还为生命提供了基本的材料，它是绿色植物进行光和作用的原料。绿色植物每年通过光和作用，将大气里CO2含的15 000亿吨碳，变成纤维素、淀粉和蛋白质，并且放出O2气，供给动物和人类食用。
绿色植物一直维持着大气中O2和CO2的平衡，但近年来随着全世界工业的高速发展和由此带来的海洋污染，使大气中CO2越来越多，据估计每年约增加百万分之二到四。这被认为是对世界气温普遍升高有影响的一个重要因素。
关于CO2，我们从它的结构、性质和制备三个方面来介绍:
二氧化碳的结构
二氧化碳的性质
二氧化碳的制备
二氧化碳的结构
在CO2分子中，碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键。
C原子的两个sp杂化轨道分别与一个O原子生成两个δ键。C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角，并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠，生成两个∏三中心四电子的离域键。因此，缩短了碳—氧原子间地距离，使CO2中碳氧键具有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道，CO2为直线型分子。
二氧化碳的性质
CO2分子没有极性，因此分子间作用力小，溶沸点低，键能大，原子间作用力强，分子具有很高的热稳定性。例如在2273K时CO2只有18%的分解：
CO2临界温度高，加压时易液化，液态CO2的汽化热很高，217K时为251kJ·mol-1。当液态CO2自由蒸发汽化时，一部分CO2被冷凝成雪花状的固体，这固体俗称“干冰”。它是分子晶体。在常压下，干冰不经熔化，于1945K时直接升华气化，因此常用来做制冷剂。
CO2是酸性氧化物，它能与碱反应。工业上，纯碱Na2CO3、小苏打NaHCO3、碳酸氢氨NH4HCO3、铅白颜料Pb(OH)22PbCO3、啤酒、饮料、干冰等生产中都要食用大量的CO2。
一般讲，CO2不助燃，空气中含CO2量达到25%时，火焰就会熄灭。所以CO2是目前大量使用的灭火剂。但着火的镁条在CO2气中能继续燃烧，说明CO2不助燃也是相对的：
CO2不活泼，但在高温下能与碳或活泼的金属镁、铅等反应：
CO2虽然无毒，但若在空气中的含量过高，也会使人因为缺氧而发生窒息的危险。人进入地窖时应手持燃着的蜡烛，若烛灭，表示窖内CO2浓度过高，暂不宜进入。
二氧化碳的制备
在工业上可利用煅烧石灰石生产石灰以及通过酿造工业而得到大量的CO2副产物。
在实验室中则常用碳酸盐和盐酸作用来制备CO2：
一氧化碳
CO也是一种无色、无臭的气体，我们介绍它的结构、性质和制备方法。
CO的结构
CO的性质
CO的制备
CO的结构
按照杂化轨道理论，在CO分子中，碳原子采取sp杂化与氧原子成键。
C原子的2个p电子可与O原子的2个成单的p电子形成一个δ键和一个∏键，O原子上的成对的p电子还可以与C原子上的一个空的2p轨道形成一个配位键。（配位键定义：由一个原子提供电子对为两个原子所共用而形成的共价键，称为配位键）。用←表示配键，箭头指向接受电子对的原子，此处即成键的一对电子是O原子单独提供的，C原子提供空轨道接受电子。其结构式可表示为:
按照分子轨道理论，从CO分子的分子轨道能级图可以看出，C原子核外有4个价电子，其电子结构式为2s22p2；O原子核外有6个价电子，其电子结构式为2s22p4，由于C和O原子的相应的原子轨道能量相近，互相重叠形成CO分子的分子轨道。CO分子的价键结构式可以表示为：
[1]式中的箭头表示由氧单方面提供一对电子为两个原子共用而形成的共价键，亦称为配位键。
[2]式中的表示∏配位键，两个圆点偏于一边，则表示这电子在原子状态时是在氧原子的轨道上，而在形成CO分子后，也还是比较靠近氧原子核的。
这种包含有配位键的三重键结构能够圆满地解释键能大、键长短、偶极矩几乎等于零的事实。如果没有配位键的话，CO应该是极性很强的分子，因为O原子的电负性要比C原子大得多，但是配位键的存在，使O原子略带正电荷，C原子略带负电荷，两种因素相互抵消，所以CO的偶极矩几乎等于零。
CO分子和N2分子中各有10个价电子，它们是等电子体，亦称为等电子分子。等电子分子轨道电子排布和成键情况及性质非常相似。
在CO分子中，因C原子略带负电荷，这个C原子比较容易向其它有空轨道的原子提供电子对形成配位键并生成许多羰基化合物。这也是CO分子的键能虽然比N2分子的大，而它却比较活泼的一个原因。
CO的性质
（1）、CO是一种很好的还原剂
在高温下，CO可以从许多金属氧化物中夺取氧，使金属还原。冶金工业中用焦碳作还原剂，实际上起重要作用的是CO：
在常温下，CO还能使一些化合物中的金属离子还原。例如：CO能使二氯化钯溶液、银氨溶液变黑，反应十分灵敏，可用于检测微量CO的存在：
CO是一种重要的配体它能与许多过渡金属加合生成金属羰基化合物。例如Fe(CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6等。我们以Ni(CO)4为例来说明羰基化合物的成键特征。
在金属羰基化合物中，CO以C和金属相连。从CO的分子轨道能级图我们已经知道，CO一方面有非键电子对（孤电子对）可以给予金属原子的空轨道，形成δ配位键。另一方面，CO还有空的反键∏道可以接受金属原子的d电子对，与金属原子的d轨道重叠生成∏键。这种∏键是由金属原子单方面提供电子对到配位体（CO）的空轨道上，所以称为反馈键或配位∏键。反馈键正好可以减少由于生成δ配键引起的金属原子上过多的负电荷的积累。
在羰基化合物中，金属呈低氧化态，具有较多的价电子，有利于形成反馈键。如在Ni(CO)4中，Ni原子为零价，价电子为3d84s2，Ni原子采用sp3杂化轨道接受4个CO提供的非键电子对形成δ配位键。另外Ni原子上的d电子对反馈到CO的空的反键∏轨道上去，生成反馈键。由于δ配位键和反馈键两种成键作用是同时进行的，使金属与CO生成的羰基化合物具有很高的稳定性。
羰基化合物一般是剧毒的。CO对动物和人类的高度毒性亦产生于它的加合作用，它能与血液中的血红素（一种Fe的配合物）结合生成羰基化合物，使血液失去输送氧的作用，导致组织低氧症，如果血液中50%的血红素与CO结合，即可引起心肌坏死。空气中只要有1/800体积比的CO就能使人在半小时内死亡。（1aroman 、CO相当活泼它很容易同O、S、H以及卤素F2、Cl2、Br2相化合。
①CO能在空气中燃烧，生成CO2，并放出大量的热：
②CO与H2反应，可生成甲醇和某些有机化合物：
③CO与S反应，生成硫化碳酰：
④CO与卤素F2、Cl2、Br2反应，可以生成卤化碳酰，卤化碳酰很容易被水分解，并与氨作用生成尿素：
氯化碳酰又名“光气”，是极毒的。但它是以较大的量而生产的，用于制造甲苯二异氰酸酯，这是生产聚氨酯塑料的一种中间体。
CO的制备
实验室制备CO气体的方法：
（1）、甲酸滴加到热的浓硫酸中脱水：
（2）、将草酸晶体与浓硫酸共热：
使反应中产生的混合气体通过固体NaOH，吸收掉CO2而得到纯的CO气体。
工业上制备CO气体的方法:
工业上CO的主要来源为水煤气、发生炉煤气和煤气。
水煤气CO和H2的一种等分子混合物，是由空气和水蒸气交替地通入赤热的碳层时得到的：
发生炉煤气是CO和N2（CO占二分之一体积）的混合物，是由有限量的空气通过赤热的碳层时反应得到的：
煤气是CO、H2、CH4和CO2的一种混合物。水煤气、发生炉煤气和煤气都是重要的工业气体燃料。
碳酸和碳酸盐
CO2能溶于水生成碳酸H2CO3，碳酸是一种弱酸，仅存在于水溶液中，pH约等于4。
H2CO3为二元酸，必能生成两类盐：碳酸盐和碳酸氢盐。
C原子在这两种离子中均采取sp2杂化轨道与外来的4个电子生成四个键，离子为平面三角形。了解这两类盐在水中的溶解性、水解性和热稳定性很重要。
溶解性
水解性
热稳定性
溶解性
碳酸盐：铵和碱金属（Li除外）的碳酸盐易溶于水。其它金属的碳酸盐难溶于水。例如(NH4)2CO3、Na2CO3、K2CO3等易溶于水，CaCO3、MgCO3等难溶于水。
碳酸氢盐：对于难溶的碳酸盐来说，其相应的碳酸氢盐却有较大的溶解度。例如难溶的碳酸钙矿石在CO2和水的长期侵蚀下，可以部分地转变为Ca(HCO3)2而溶解：
对于易溶的碳酸盐来说，其相应的碳酸氢盐却有相对较低的溶解度。例如向浓的碳酸氨溶液通入CO2至饱和，便可沉淀出NH4HCO3，这是工业上生产碳铵肥料的基础。
溶解度的反常是由于HCO3-离子通过氢键形成双聚或多聚链状有关：
水解性
碱金属和铵的碳酸盐和碳酸氢盐在水溶液中均因水解而分别显强碱性和弱减性：
在金属盐类（碱金属和铵盐除外）溶液中加入 CO32-离子时，产物可能是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物，究竟是哪种产物呢？一般来说：
（1）氢氧化物碱性较强的离子，即不水解的金属离子，可沉淀为碳酸盐。例如：
（2）氢氧化物碱性较弱的离子，如Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mg2+等，其氢氧化物和碳酸盐的溶解度相差不多，则可沉淀为碱式碳酸盐。例如：
（3）强水解性的金属离子，特别是两性的，其氢氧化物的溶度积小的离子，如Al3+、Cr3+、Fe3+等，将沉淀为氢氧化物。例如：
因此碳酸钠、碳酸铵常用作金属离子的沉淀剂。
热稳定性
热不稳定性是碳酸盐的一个重要性质，一般来说，有下列热稳定性顺序：
碱金属的碳酸盐>碱土金属碳酸盐>副族元素和过渡元素的碳酸盐
在碱金属和碱土金属各族中，阳离子半径大的碳酸盐>阳离子半径小的碳酸盐。
碳酸盐受热分解的难易程度还与阳离子的极化作用有关。
想想出口与入口钻井液发生了哪些变化，可能是出口时钻屑含量多。水溶液的电导率高低相依于其内含溶质盐的浓度，或其它会分解为电解质的化学杂质。水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。水越纯净，电导率越低（电阻率越高）。水的电导率时常以电导系数来纪录；电导系数是水在 25°C 温度的电导率。出入口温度不同也是有影响的。
金刚石要能代替芯片的基本材料硅的话，母猪都能上树。在半导体发展 历史 上，最初流行锗半导体，不久就被硅半导体打败，最终硅统治了半导体王国，锗半导体仅在少数领域刷存在感。实话实说，金刚石虽然能俘虏女人的心，但在半导体行业人士眼里，商业价值甚至比不过锗。
下面，我条分缕析，一一解析原因。
要替代硅，元素含量必须丰富，容易开采
硅被称为“上帝赐给人类的财富”，原因之一是，它占地壳总质量的264%，是仅次于氧的含量第二丰富的元素，随便抓起一把沙子、泥土，拿起一块石头，里面都含有大量的硅的氧化物——二氧化硅。
相比之下，锗的含量只有100万分之7，含量十分稀少，而且几乎没有比较集中的锗矿，
这就造成锗的开采成本是硅的几百倍，商业价值很低。
金刚石虽然有集中的金刚石矿，但含量太少了。2015年，全球半导体级的多晶硅需求超过6万吨，每年都在增长。想要替代硅的话，上哪去找每年6万多吨的金刚石？
金刚石提纯难
金刚石含有或多或少的杂质，要去除这些杂质，以目前的 科技 ，很难做到。而硅的提纯相对容易得多，将硅石在电弧炉中熔化，用碳或石墨还原，得到硅含量985%的工业硅（又叫“金属贵”），然后粉碎成微细粉末，与液态氯化氢（不是盐酸，盐酸是氯化氢的水溶液）在大约300摄氏度发生反应，生成三氯氢硅，经蒸馏、精制，获得很高的纯度，然后将高纯三氯氢硅与超高纯氢发生还原反应，得到纯度99999999999%的多晶硅（比纯金多7个9），然后拉制单晶硅。
一根直径12英寸（目前最大）的单晶硅棒，高约2米，重约350公斤，纯度99999999999%，相当于100亿个硅原子中，允许1个杂质原子存在。
从上述过程可以看出，硅的提纯就是一系列连续的氧化、还原反应。要让化学反应产生，元素的化学性质需要相对活泼，但金刚石的主要成分是碳元素，碳的化学性质远不及硅活泼，难以进行去除杂质的氧化、还原反应，纯度提升很难。
金刚石加工难
在提纯难关之后，加工的难题才是最大的难题。制作芯片前，单晶硅棒需要切成薄片，硅的硬度虽然高，但可以利用自然界最硬的物质金刚石进行切割。
但，用金刚石做芯片基体材料，切割将是难题，用金刚石切割金刚石，效率低，费用高，只能用硬度更高的人造物质。
目前已知硬度最高的人造物质是碳炔，硬度是金刚石的40倍，但还处于试验阶段，未到大规模商业化阶段。如何将金刚石切片，现在还没有很好的解决办法。
就算不久的将来，碳炔能顺利商用，金刚石能被切成薄片，真正的难题来了：如何制造绝缘膜？
在硅片上制造绝缘膜非常方便，将硅片放到900摄氏度左右的高温水蒸气环境中，硅片就会与氧发生热氧化反应，在表面生长硅氧化膜——二氧化硅（玻璃的主要成分），然后对其涂抹光刻胶，进行刻蚀，再配合其它工艺和材料，就可以得芯片。硅氧化膜具有不吸潮、耐酸碱、导热性好、光学性能稳定、绝缘性能良好的特点（感觉抽象的，脑想想玻璃的特点），是芯片制作的前提，而且通过硅这种基体材料就可以方便地得到硅氧化膜，正是因为硅氧化膜如此重要，得来又如此容易，加上硅含量丰富，所以硅才被称为“上帝赐给人类的财富”。
金刚石做芯片基体的话，氧化膜从那里来？金刚石本身是纯碳，其氧化物是二氧化碳，常温下是气态，充当绝缘？那是不可能的，一形成人家就跑到空气中逍遥自在了。用其它氧化物？试验验证、工艺流程研发、设备改造，花钱海去了，还不一定能成功。
总之，用金刚石做芯片基体材料，不仅含量少，而且加工极难，商业价值极低，由于这些缺点，根本不可能取代硅在芯片行业的地位。
回答这个问题，必须弄清三方面问题：
我认为， 金刚石不能代替芯片的基体材料硅 。
哪些材料能用于芯片基体？
能用于制作芯片基体的半导体材料有如下几类：
由上述分类可以看出，金刚石的确是半导体材料，有做成芯片基体的潜能。接下来需要考虑，金刚石能否满足芯片对基体材料的要求。
金刚石能否替代硅？
这个问题需要从两者的化学特性和工业制作成本来考虑。
一、化学特性对比
硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度232-234克/立方厘米，熔点1410 ，沸点2355 ，晶体硅属于原子晶体。不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。硬而有金属光泽。
硅的电导率与其温度有很大关系，随着温度升高，电导率增大，在1480 左右达到最大，而温度超过1600 后又随温度的升高而减小。
金刚石它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。其结构是正八面体晶体，晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型金刚石中的CC键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，不导电，熔点在3815 。金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 。
二、工业制作对比
1原料成本
硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的264%，仅次于第一位的氧（494%）。
世界上有20多个国家赋存有金刚石矿产，主要分布在澳大利亚、非洲西部和南部，以及俄罗斯的亚洲部分。目前，全世界金刚石产量每年超过100百万克拉，其中宝石级15%，近宝石级38%，工业级47%。
相比于硅的来源，金刚石因存量少，原料成本是相当高的。
2制作成本
金刚石的出产是很复杂的，它需要经过采矿、粉碎、冲洗、沉淀、挑选、分类、切割、打磨以及抛光等诸多工序之后才能出现在市场上。从开采的大块岩石中将钻石分离出来是相当困难的。即使有先进的技术，发掘的过程仍然十分复杂。而生产一颗切磨好的1克拉重的金刚石，必须从钻石矿藏中挖出至少约250吨的矿土进行加工处理而成。
金刚石还因硬度太高，难以加工；此外，相比于单晶硅，金刚石提纯工艺复杂，很难提纯到6个9或7个9的等级。
总结
金刚石从理论上来说，是可以作为芯片基体材料的。但是，从工业制作的角度来说，原料储存少、加工难度大的金刚石，不适合替代硅制作芯片，即便制作出来了，价格也是难以承受的。
第三代半导体离不开金刚石
特殊情况，特殊对待。一般是没有那么替的
不会，因为它不具备半导体特性，而且加工提纯困难。
未来碳基芯片有可能替代硅基芯片。
碳化硅（SIC）是半导体界公认的“一种未来的材料”，是新世纪有广阔发展潜力的新型半导体材料。预计在今后5 10年将会快速发展和有显著成果出现。促使碳化硅发展的主要因素是硅（SI）材料的负载量已到达极限，以硅作为基片的半导体器件性能和能力极限已无可突破的空间。而金刚石虽然说本质也是碳，但原子排列不一样，目前不能代替芯片材料！至少是几十年以内！
硅的性质，氧化二氧化硅，可作绝缘材料，单晶硅，渗其它元素后，形成极性，可外延可，气相叠加，可化学刻录图案，而金刚石，是碳，有以工能吗，如有气相叠加单晶硅，有可以作极性材料，一是散热率，二导电率。
对这个问题我们首先分析这两种材料的特性之后再做判断。
一、硅
化学成分
硅是重要的半导体材料，化学元素符号Si。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于04ppb和01ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5 40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
硅的性质
硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为112电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达23 105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104 10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。
热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。
技术参数
硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。
导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。
电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。
非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。
晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为 (111)和(100)（见图）。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。
单晶硅的制作
硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧·厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。
大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧·厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。
单晶硅的应用
单晶硅在太阳能电池中的应用，高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。
二、金刚石
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。也是贵重宝石。
化学性质
金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800 ，在空气中为850~1000 ，而且不导电。
结构性质
金刚石结构分为；等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。
在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。
结论：金刚石不能代替芯片的基体材料硅。
不要再提 豫金刚石 啦，它已经被关啦
编辑词条 氧化铝 概要
氧化铝通常称为“铝氧”，是一种白色粉状物，属离子化合物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为36g/cm3。
它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的中的主要原料。
名称 氧化铝;刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉;corundum
化学式 Al₂O₃外观 白色晶状粉末或固体
物理属性
式量 10196 amu
熔点 2303 K
沸点 3250 K
密度 397 kg/m
晶体结构 三方晶系 (hex)
热化学属性
ΔfH0liquid −162057 kJ/mol
ΔfH0solid −167569 kJ/mol
S0liquid, 1 bar 6724 J/mol•K
S0solid 509 J/mol•K
氧化铝表面积研究是非常重要的，氧化铝表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。F-Sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。
安全性
食入 低危险
吸入 可能造成刺激或肺部伤害
皮肤 低危险
眼睛 低危险
在没有特别注明的情况下，使用SI单位和标准气温和气压。
氧化铝是铝和氧的化合物，分子式为Al2O3。在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土。
应急处理
隔离泄漏污染区，限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩），穿防毒服。避免扬尘，小心扫起，置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。
制备
强热氢氧化铝，可得无定形之白色氧化铝粉末。 2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 +3H 2 O
用途
1 红宝石、蓝宝石的主成份皆为氧化铝，因为其它杂质而呈现不同的色泽。红宝石含有氧化铬而呈红色，蓝宝石则含有氧化铁及氧化钛而呈蓝色。
2 在铝矿的主成份铁铝氧石中，氧化铝的含量最高。工业上，铁铝氧石经由Bayer process纯化为氧化铝，再由Hall-Heroult process转变为铝金属。
3 氧化铝是金属铝在空气中不易被腐蚀的原因。纯净的金属铝极易与空气中的氧气反应，生成一层薄的氧化铝薄膜覆盖在暴露于空气中铝表面。这层氧化铝薄膜能防止铝被继续氧化。这层氧化物薄膜的厚度和性质都能通过一种称为阳极处理（阳极防腐）的处理过程得到加强。
4 铝为电和热的良导体。铝的晶体形态金刚砂因为硬度高，适合用作研磨材料及切割工具。
5 氧化铝粉末常用作色层分析的媒介物。
6 2004年8月，在美国3M公司任职的科学家开发出以铝及稀土元素化合成的合金制造出称为transparent alumina的强化玻璃。
资料刚玉粉硬度大可用作磨料，抛光粉，高温烧结的氧化铝，称人造刚玉或人造宝石，可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料，制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等，氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有强吸附力和催化活性，可做吸附剂和催化剂。刚玉主要成分α-Al2O3。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为39～41g/cm3，硬度9，熔点2000±15℃。不溶于水，也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉，含微量三价铬的显红色称红宝石；含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石；含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承，钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外，可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。
氧化铝化学式Al2O3，分子量10196。矾土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型，常见的是α-Al2O3和γ-Al2O3。自然界中的刚玉为α-Al2O3，六方紧密堆积晶体，α-Al2O3的熔点2015±15℃，密度3965g/cm3，硬度88，不溶于水、酸或碱。γ-Al2O3属立方紧密堆积晶体，不溶于水，但能溶于酸和碱，是典型的两性氧化物。
Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
氧化铝制备及应用:
1、α型晶体结构为主体的氧化铝被膜制造方法、α型晶体结构为主体的氧化铝被膜和含该被膜
2、α型氧化铝粉末的制造方法
3、α－氧化铝粉末的制造方法及其由该方法得到的α－氧化铝粉末
4、α－氧化铝粉末及其生产方法
5、α－氧化铝粉末及其制造方法
6、α－氧化铝及其制造方法
7、α－氧化铝粒料的制备方法
8、α－氧化铝纳米粉的制备方法
9、α－氧化铝细粉及其制造方法
10、α一氧化铝粉末的制造方法
11、β－氧化铝的制备方法
12、γ－氧化铝的制备方法
13、θ－氧化铝就地涂覆的整体式催化剂载体
14、拜尔法联合生产氧化铝和铝酸钙水泥的方法
15、拜尔法生产氧化铝过程中红泥水悬浮液的流体化工艺
铝在空气中燃烧和氧结合生成氧化铝，化学方程式可写为 △
2Al+3O===Al2O3
CAS No： 1344-28-1
EINECS 登录号： 215-691-6
什么是氧化铝
纯净的氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度39-40g/cm3，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水，氧化铝主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取．
铝土矿（Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O）是铝在自然界存在的主要矿物，将其粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200℃的温度下煅烧，就得到α型氧化铝粉末，母液可循环利用．此法由奥地利科学家拜耳（K．J．Bayer）在1888年发明，时至今日仍是工业生产氧化铝的主要方法，人称“拜耳法”．
在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高．α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基．
γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中．γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝．γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用．
目前世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90％以上，氧化铝大部分用于制金属铝，用作其它用途的不到10％．
电解氧化铝:
2Al2O3=通电=4Al+3O2↑
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