Прозрачность в диапазоне от УФ до СВЧ, высокая теплопроводность, радиационная стойкость и большая апертура делают CVD-алмаз уникальным оптическим материалом. Одно из его применений – окна для вывода сверхмощного ИК излучения волоконных и СО2-лазеров, ТГц излучения гиротронов и синхротронного излучения. Такие алмазные окна эффективно решают задачу отведения тепла, при этом они прозрачны на данных частотах.

Из алмаза могут быть изготовлены преломляющие рентгеновские линзы. Другой областью применения является дифракционная оптика для мощных источников излучения в видимом, ИК и ТГц диапазонах, создаваемая методами фотолитографии или лазерной обработки. Такие оптические элементы обладают характерной для алмаза механической прочностью. Лазерные методы обработки позволяют создавать и трёхмерных алмазные микроструктуры. Можно локально удалять слои кристалла, формировать проводящие структуры в объёме алмаза или удалять материал из его объёма, создавая каналы и полости сложной формы. Ещё одним способом изготовления поверхностных алмазных структур является метод реплики.

Одной из важных задач в технике лазеров является расширение их спектрального диапазона. Особый интерес представляет возможность перестройки длины волны излучения, что становится возможным благодаря алмазным лазерам на вынужденном КРС. Преимущество алмаза по сравнению с другими материалами состоит в наибольшем сдвиге частоты, высокой эффективности преобразования и большой теплопроводности.

Перспективным направлением использования NV и SiV центров окраски в алмазе являются сцинтилляторы – визуализаторы мощного синхротронного излучения. Другое применение центров окраски – получение источников одиночных фотонов в алмазе. Матрицы и массивы таких эмиттеров могут стать основой для создания устройств квантовой метрологии и квантовой информатики.

Для реализации всех возможностей новых полупроводниковых материалов необходимо решить проблему отвода тепла, выделяемого электронными приборами высокой мощности. Благодаря своей исключительной теплопроводности алмаз является наилучшим кандидатом для изготовления теплоотводящих подложек и покрытий в устройствах на основе GaN и других широкозонных полупроводников. Производство и применение гетероструктур «GaN-Алмаз» позволит создать миниатюрную и энергоэффективную СВЧ-электронику высокой мощности, усилители, светодиоды и другие электронные приборы нового поколения, в частности, необходимые для инфраструктуры сетей 5G.

Алмаз может применяться не только для изготовления пассивных элементов, таких как теплоотводы и звукопроводы, но и в качестве материала активных электронных приборов. На его основе можно создать полевые транзисторы с частотой выше 100 ГГц, МЭМС и акустоэлектронные устройства, например, фильтры на поверхностных акустических волнах ГГц диапазона.

Детекторы на основе алмаза значительно более чувствительны к УФ и рентгеновскому излучению, чем к свету видимого спектра. Это позволяет создавать «солнечно-слепые» высокочувствительные приборы без каких-то дополнительных оптических фильтров, сохраняющие свои свойства при нагреве до 300°С. Радиационная стойкость алмаза позволяет применять его для бортовых УФ-детекторов даже в космических исследованиях. Алмаз может служить материалом и для обнаружения частиц высоких энергий: альфа-частиц, гамма-квантов и нейтронов. Ключевые преимущества алмазных детекторов – высокая лучевая стойкость и пробойное напряжение, а также малые темновые токи.

Химическая стабильность, биосовместимость и возможность обработки поверхности делают частицы наноалмаза одним из самых перспективных и безопасных для организма носителей лекарств. При лечении тяжелых заболеваний, особенно онкологических, важно, чтобы лекарство эффективно воздействовало на пораженные болезнью клетки и ткани организма и не затрагивало здоровые. Поверхность наноалмаза можно изменить так, чтобы прикрепить к ней препарат и обеспечить его адресную доставку. Затем частицы выводятся из организма, не причиняя ему вреда.

Другое применение наноалмаза – флуоресцентные биомаркеры. Оптическая маркировка лекарств – один из наиболее распространенных методов изучения эффективности их доставки в клетки и выведения из клеток. Сейчас широко используются индикаторы на основе красителей, которые фото- и химически нестабильны, токсичны для живых систем, обладают коротким временем жизни, слабым и неравномерным излучением. Эту проблему могут решить биосовместимые маркеры на основе частиц наноалмаза, допированного атомами кремния или азота для создания центров свечения. Высокая стабильность их флуоресценции даёт возможность наблюдать за доставкой лекарственных препаратов и их выведением из организма. Диагностика с помощью наноалмазных биомаркеров проходит с минимальными последствиями для здоровья и самочувствия пациента.

Таким образом, разработка и производство функциональных наноалмазных частиц откроет новые возможности для биомедицинских исследований, диагностики и лечения заболеваний, визуализации клеточных и молекулярных мишеней, адресной доставки веществ в клетки, фототермальной терапии и оптической томографии.

Проникающая способность ТГц излучения позволяет строить изображения объектов, недоступных для наблюдения в других диапазонах. Один из перспективных материалов для его детектирования – сверхпроводящие плёнки алмаза, допированного бором, и матричные болометры на основе таких плёнок. Их предельная чувствительность позволяет улавливать даже одиночные фотоны с длиной волны более микрометра. Подобные устройства исключительно востребованы в системах безопасности мест скопления людей для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, а также выявления скрытых под одеждой предметов. Такие системы реализуют скрытый характер наблюдения и не требуют "подсвечивающего" излучения. Выявление потенциальной угрозы в пассивном режиме многократно увеличивает вероятность её успешной нейтрализации. К другим областям применения болометрических матриц на основе алмаза можно отнести медицинские системы для неинвазивной диагностики тканей и органов, телекоммуникационные ширококанальные и защищённые системы передачи данных, а также детекторы ТГц излучения в аналитическом научном оборудовании.

Другая область применения алмаза в сфере обеспечения безопасности –защитные метки из люминесцирующих наноалмазных частиц. Цепочки поставок становятся всё более сложными, и выявление контрафактной продукции стало серьезной проблемой. Сегодня в качестве защитной маркировки используются различные красители, люминесцентные маркеры или сложные системы оптических изображений на основе радиочастотных меток. Однако многие красители и люминесцентные маркеры исчезают со временем, уязвимы для УФ излучения и высокой температуры. В то же время центры свечения в алмазе надежно защищены окружающим их материалом, и на них не влияют нагрев, высокое давление, химическая среда и процедуры, проводимые при маркировке и упаковке различной продукции.

Прозрачность в диапазоне от УФ до СВЧ, высокая теплопроводность, радиационная стойкость и большая апертура делают CVD-алмаз уникальным оптическим материалом. Одно из его применений – окна для вывода сверхмощного ИК излучения волоконных и СО2-лазеров, ТГц излучения гиротронов и синхротронного излучения. Такие алмазные окна эффективно решают задачу отведения тепла, при этом они прозрачны на данных частотах.

Из алмаза могут быть изготовлены преломляющие рентгеновские линзы. Другой областью применения является дифракционная оптика для мощных источников излучения в видимом, ИК и ТГц диапазонах, создаваемая методами фотолитографии или лазерной обработки. Такие оптические элементы обладают характерной для алмаза механической прочностью. Лазерные методы обработки позволяют создавать и трёхмерных алмазные микроструктуры. Можно локально удалять слои кристалла, формировать проводящие структуры в объёме алмаза или удалять материал из его объёма, создавая каналы и полости сложной формы. Ещё одним способом изготовления поверхностных алмазных структур является метод реплики.

Одной из важных задач в технике лазеров является расширение их спектрального диапазона. Особый интерес представляет возможность перестройки длины волны излучения, что становится возможным благодаря алмазным лазерам на вынужденном КРС. Преимущество алмаза по сравнению с другими материалами состоит в наибольшем сдвиге частоты, высокой эффективности преобразования и большой теплопроводности.

Перспективным направлением использования NV и SiV центров окраски в алмазе являются сцинтилляторы – визуализаторы мощного синхротронного излучения. Другое применение центров окраски – получение источников одиночных фотонов в алмазе. Матрицы и массивы таких эмиттеров могут стать основой для создания устройств квантовой метрологии и квантовой информатики.

Алмазные покрытия и вставки широко применяются для механической обработки современных сверхпрочных материалов. Они выполняют сразу несколько функций: повышают износостойкость и снижают нагрев рабочей поверхности, улучшают точность обработки и устойчивость к коррозии. По своим механическим свойствам CVD-алмаз превосходит природный, обладая большей твёрдостью и износостойкостью, и гораздо более эффективен для механических приложений. Технология CVD позволяет наносить алмазные покрытия на поверхности самой различной формы и контролировать их свойства, такие как толщина и шероховатость. CVD-алмаз совершенно необходим для высокоточной обработки деталей и для шлифовки, когда требуется исключительная гладкость. Его применение позволяет проводить экологически безопасную «сухую» обработку без использования СОЖ.

CVD-алмаз может применяться и в геологических технологиях для бурения или измельчения твёрдых земных пород. Использование буров, усиленных CVD-алмазом, повышает эффективность добычи полезных ископаемых и разработки новых месторождений и значительно снижает издержки, связанные с износом и обслуживанием буровых установок.

Также CVD-алмазные покрытия могут наноситься на поверхность деталей различных механизмов, подверженных сильному трению или влиянию агрессивных сред. Это значительно увеличивает гладкость их поверхности, повышает устойчивость к нагреву, износостойкость и коррозийную стойкость. Использование деталей с алмазными покрытиями позволяет существенно продлить срок службы оборудования, повысить эффективность его работы и снизить затраты, связанные с износом деталей вследствие трения.