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天然生成的金刚石常常发现有几乎纯结晶形式的立方取向的sp杂化的碳原子。有时候它们会有一些缺陷或者是杂质原子,这使它们有一定的颜色,但是晶格仍然是立方结构而且键合仍然是纯粹的sp杂化。立方晶型的内部能量比六方晶型要略低,而且就从熔融材料中生长速率而言,无论是自然形成还是合成金刚石都足够的慢,使得晶格有时间以较低的能量(立方)生长,从而使sp杂化的碳原子成为可能。相比之下,类金刚石碳是由具有高能量前驱碳(例如等离子体、阴极电弧沉积、溅射沉积以及离子束沉积)在相对冷的表面上快速冷却或淬火而成。在这些情况下,立方晶格和六方晶格被一层层的随机混合,因为在碳原子被“冻结”在材料表面之前并没有足够的结晶生长的时间。非晶类金刚石涂层可以导致没有长程晶格有序。没有长程有序就没有脆性断裂平面,因此涂层会比较有弹性、对基底材料的形状有适应性,同时和金刚石一样硬。事实上,这种性质已经被用来研究类金刚石碳在纳米尺度上的原子间磨损。
无定形碳虽然不与人体组织形成化学键合,但允许人体软组织长入碳的空隙,形成牢固结合,碳周围的人体软组织可迅速再生,有人认为无定形碳具有诱发组织生长的作用。由于无定形碳*特的表面组成和表面结构,与血液长期接触引起的凝血作用非常小,不会诱发血栓,因而广泛应用作心血管材料。
类金刚石碳(Diamond-like carbon,DLC)是存在有七种不同的形式,却表现出一些金刚石特性的无定形碳。由于它的一些特性,它通常被用作其它材料的涂层材料。所有的七种形式都拥有大量sp杂化的碳原子。它们属于不同类型的原因是,即使是金刚石也被发现有两种晶型:其中较常见的一种是立方晶体,而较不常见的一种(蓝丝黛尔石)是六方晶体。通过在纳米尺度结构的不同方法混合这些晶型,类金刚石涂层可以同时拥有非晶、有弹性,且是纯sp杂化连接的"金刚石"。其中较硬、较强、较光滑的是被称为 四面体非晶碳(ta-C)的一种混合物。例如,仅仅2微米厚度的ta-C涂层可以增加常规 (例如304型)不锈钢针对磨料磨损的抵抗力,从而增加其在这类使用中的寿命从1周到85年不等。这种ta-C可以被认为是"纯"形式的类金刚石碳,因为它仅仅由sp连接的碳原子组成。一些填料例如氢,石墨sp杂化碳,以及金属,被用在其它六种类金刚石碳中,以减少生产费用或者增加其它的一些性能。这些种类的类金刚石几乎可以用在任何具有兼容真空环境的材料中。在2006年,欧盟内的外包类金刚石涂层市场估计市值达约三千万欧元。2011年11月,每日科学杂质报告说斯坦福大学的研究人员已经在**高压的条件下制造出了一种超硬的非晶金刚石,它并没有金刚石的晶体结构,却拥有碳的轻质量。