铌单晶是一种新型结构和功能材料，具有高纯度（氢、碳、氮、氧等70多种杂质元素总浓度不高于100毫克/千克）、无晶界、优异的力学性能（尤其是高温力学性能）和物理化学性能、结晶缺陷少以及各向异性等特点。其制备方法主要有电子束悬浮区域熔炼法、应变-退火法等。在铌单晶制备过程中，需控制原料的纯度、坯材和单晶籽晶的品质，以及单晶生长工艺及自动化程度。为获得高品质的铌单晶，可通过多次电子束悬浮区域熔炼，或通过优化热处理制度，如延长退火时间，提高退火温度和热处理真空等级等方法实现。铌单晶可通过X射线衍射测试，如劳厄法、θ-θ扫描法、EBSD法等进行判定。

铌单晶材料在空间技术、电子、超导等领域具有广泛的应用前景，例如，粒子加速器的超导无线射频器腔体中，采用铌单晶替代高纯细晶铌可简化加工流程，降低成本，改善性能。铌单晶还可用于先进航天装备系统的接收极材料。