בקריסטלוגרפיה, מבנה היהלום נקרא גם מבנה הקריסטל הקובל של היהלום, אשר נוצר על ידי הקשר הקוולנטי של אטומי הפחמן. רבים מהתכונות הקיצוניות של היהלום הן התוצאה הישירה של חוזק הקשר הקוולנטי SP³ המהווה מבנה נוקשה ומספר קטן של אטומי פחמן. מתכת מוליכה חום באמצעות אלקטרונים חופשיים, והמוליכות התרמית הגבוהה שלה קשורה למוליכות חשמלית גבוהה. לעומת זאת, הולכת החום ביהלום מושגת רק על ידי תנודות סריג (כלומר, פונונים). הקשרים הקוולנטיים החזקים ביותר בין אטומי היהלומים גורמים לסריג הקריסטל הנוקשה לתדר רטט גבוה, כך שהטמפרטורה האופיינית לדביל היא גבוהה כמו 2,220 K.

מכיוון שרוב היישומים נמוכים בהרבה מטמפרטורת Debye, פיזור הפונון הוא קטן, כך שעמידות הולכת החום עם הפונון שכן המדיום קטן ביותר. אולם כל פגם בסריג יפיק פיזור פונונים, ובכך יפחית את המוליכות התרמית, שהוא מאפיין מובנה של כל חומרי הגביש. פגמים ביהלום כוללים בדרך כלל פגמים נקודתיים כמו איזוטופים כבדים יותר ˡ בראש, זיהומים וחנקן פנויות, ליקויים מורחבים כמו ערימת תקלות וניתוקים, ופגמים דו -ממדיים כמו גבולות תבואה.

לקריסטל היהלום יש מבנה טטרהדרלי רגיל, בו כל 4 זוגות אטומי הפחמן הבודדים יכולים ליצור קשרים קוולנטיים, כך שאין אלקטרונים חופשיים, ולכן יהלום לא יכול לבצע חשמל.

בנוסף, אטומי הפחמן ביהלום קשורים קשרים עם ארבעה ערכים. מכיוון שקשר ה- CC ביהלום חזק מאוד, כל האלקטרונים הערכיים משתתפים בהיווצרות קשרים קוולנטיים ויוצרים מבנה גביש בצורת פירמידה, כך שקשיות היהלום גבוהה מאוד ונקודת ההיתוך גבוהה. ומבנה היהלום הזה גם גורם לו לספוג מעט מאוד רצועות אור, מרבית האור המוקרן על היהלום משתקף, כך שלמרות שהוא קשה מאוד, הוא נראה שקוף.

נכון לעכשיו, חומרי פיזור החום הפופולריים יותר הם בעיקר חברים במשפחה החומרית של ננו-פחמן, כוללNanodiamond, ננו-גרפן, פתיתי גרפן, אבקת ננו-גרפיט בצורת פתית, וצינורות פחמן. עם זאת, מוצרי סרטי חום גרפיט טבעיים הם עבים יותר ובעלי מוליכות תרמית נמוכה, שקשה לעמוד בדרישות פיזור החום של מכשירים עתידיים בעלי עוצמה גבוהה וצפיפות אינטגרציה גבוהה. יחד עם זאת, זה לא עומד בדרישות הביצועים הגבוהים של אנשים לחיי סוללה אולטרה-קלים ודקים וארוכים. לכן חשוב ביותר למצוא חומרים מוליכים סופר-תרמיים חדשים. זה מחייב חומרים כאלה כדי לקבל קצב התפשטות תרמי נמוך במיוחד, מוליכות תרמית גבוהה במיוחד וקלילות. חומרי פחמן כמו יהלום וגרפן פשוט עומדים בדרישות. יש להם מוליכות תרמית גבוהה. החומרים המורכבים שלהם הם סוג של הולכת חום ופיזור חום עם פוטנציאל יישום רב, והם הפכו למוקד תשומת הלב.

אם תרצה לדעת יותר על הננודיאמונדים שלנו, אל תהסס לפנות לצוות שלנו.