金刚石与石墨谁更稳定？ 第1页

此稳定显然比热力学稳定广泛且复杂。

本题放在自然科学和材料科学背景，而不仅仅是化学、热力学背景下， @小侯飞氘 诸君的回答还是太局限了点。因为实际材料的行为特征很少严格按热力学相图规律变化，完美的单一纯粹材料也并不常见（包括单晶金刚石），使用条件下的诸多动力学因素随时可能加速或阻滞其热力学转变。

稳定性的涵义在材料应用中非常丰富，大致可归结为外部条件导致自身结构或者性能发生明显变化从而影响其正常功能或破坏的程度。

金刚石和石墨在工程技术与科学研究中以多种面目出现，比如金刚石薄膜、粉末、颗粒、烧结体、沉积层、镶嵌体，以及石墨块、棒、板、刷、粉、膏、浆、烯等。其面临的工况条件（比如受力大小和作用方式、温度高低和变化快慢、电磁场影响等）和环境介质（接触固/液/气相物质种类、浓度、压力以及相对运动速度和运动形式等）千变万化，稳定性也就无处不在变换面目和身份，需要处处小心，没有统一答案。

除了正常佩戴小心保管的钻戒，金刚石通常比较「脆弱」。

是不是很像爱情之需要精心呵护？下面的正式回答就是金刚石接受各种考验时的大致表现，请仔细对号入座。

（以下内容根据各种现有技术资料收集整理，仅作通俗说明，不提供专业数据）

热力学稳定

前面几个回答基本一致，还有英文日文相图和自由能数据支持，石墨比金刚石热力学稳定无疑。但亚稳态的金刚石，常温常压要变成稳态的石墨，也是一个无比漫长的过程，请相信「钻石恒久远」的人暂时安心。

（其实有没有这点常识完全不影响钻石的魅力或者骗局）

热稳定

材料的热稳定性通常包含三层意思：一，温度变化引起材料性能明显变化，比如冷脆（碎裂）或热融（软黏）而影响使用，甚至发生晶体结构转变；二，温度变化引起材料尺寸变化（热胀冷缩）而影响与之相接的覆层（剥落）或装配材料使用（松紧）；三，温度骤变是否容易导致材料破坏（热震）。在这三个方面，由于彼此功能与使用条件的不可替代性，金刚石和石墨热稳定性只能笼统说还不错，不好直接对比。

但高压下的金刚石比较容易受热转变成石墨是不争的事实，且低维材料的常压抗热振性能不太好，比如金刚石薄膜的很多应用对衬底材质非常挑剔，膨胀系数需要高度一致，或者使用温度必须严格控制。

（即金刚石更要求门当户对，石墨比较容易凑合着过）

化学稳定

化学稳定性指的是材料在服役条件下长时间与直接接触的物质是否容易发生化学反应而导致失效或破坏。因使用工况条件不同，石墨与金刚石的化学稳定性颇不一致。以碳钢为例，由于铁碳亲和性很高，所以当碳材料与钢发生剧烈摩擦运动（如切割时误用金刚石锯片以及使用石墨固体润滑），碳材料可能被显著消耗（表面上看近似黏着磨损）。其中由于石墨导热好、热稳定性也好、且具有自润滑性，所以金刚石完败。（金刚石的相关理论数据，相当于出身背景，在工程应用中经常毫无意义）

其他作用介质（比如生物实验中）的影响各有特色，多数情况金刚石不如石墨稳定，只是同场较技的使用场合不多罢了，但相同测试条件还是容易做到的，可能极少有人无聊到那个程度，非要比试一下。

（隐喻不要随便试探对方的忠诚度）

此外，化学稳定性显然还有一个重要影响因素不容忽视，即材料的聚集状态，例如没有人会把石墨块与石墨粉或石墨烯的化学稳定性混为一谈。

力学稳定

材料的力学稳定性一般包括刚度和冲击韧性，前者涉及弹性变形后者关乎脆性断裂。由于金刚石与石墨本身的性质以及使用形态和尺寸十分不同，所以相同测试条件下比拼有些麻烦，比如没办法做成形状尺寸一样的单晶或多晶力学性能测试标准试样，所以相对于化学稳定性数据特别稀少。但因二者理论数值差别明显，虽然没有可靠的实际材料测试数据，可以大致认为金刚石刚度优于石墨，而冲击任性一般不如石墨。

和普通金属材料相比，金刚石的刚度当然没有问题，但冲击韧性就大大不如了。所以金刚石遇到随处可见的金属制品和构件时，还是躲远点好。

（相当于不涉危地，或者不要自甘堕落吧）

电磁稳定

有些材料在磁场电场中会产生不同的响应，但这种响应可能影响其原有使用性能或这种响应本身随环境条件（一般是温度或受力变化）容易改变的话，可以认为这种材料的电磁稳定性较差。这个方面的比拼也比较复杂，因为电磁参数变化范围实在太大，而金刚石与石墨亦极少同场竞技，比较的实际意义不大。

另外声光色的作用其实也会影响一些低维碳材料的响应效果，暂时没有多少数据支持金刚石一定优于石墨。

（类似功名利禄的试探）

辐射稳定

工程应用和科学研究中可能还会遇到诸如辐射（照）稳定，其基本含义仍然是辐射是否容易造成材料显著失效，当然在完成核屏蔽前提下。出于实际需求和使用中功能与成本的考虑，做结构材料的话石墨优势明显，金刚石则在功能器件方面可以胜出。这已经把是稳定性的比拼了。

（辐射相当于时代潮流，算是一种婚姻预测吧：平淡和浪漫都是必须，但毕竟比重因人而异，不要轻易给爱情或婚姻设限或与他人比对）

总之，材料语境下的金刚石和石墨，其稳定性绝非单一数据指标所决定，且与任何现有理论数据出入巨大。没有人可以根据现有理论随便断定一种材料一定比另一种材料好。

科普永远比图书或者论文摘录复杂，材料科学尤其如此。

附原问题日志：若话题「材料科学」换成「热力学」，本回答没有意义。