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种瓜得瓜,种钻石……得钻石!中科院最新技术,1星期能长1克拉

时间:2019-11-01 09:09:31 来源: 责任编辑:ymyg
 

“钻石恒久远,一颗永流传。”这句由“A diamond is forever”翻译而来的经典广告词,在90年代初期,不仅带给了中国女性对于爱情具象的认知,也为钻石销售起到了关键作用。

因为珍稀,钻石售价高昂。但要是有一天,崇尚“种瓜得瓜,种豆得豆”的勤劳民族,把钻石也给种出来了......

你别说,这还真不是天方夜谭了。

最近的中国科学院宁波材料技术与工程研究所科技创新创业汇报会上,一种在实验室花一周时间就能培育钻石的技术,备受关注。

据报道,这种钻石的原料是天然钻石的籽金片和甲烷气体。甲烷在能量作用下,形成了一个碳的等离子体,这个等离子体就像灰尘一样在空气中慢慢沉积到金刚石的籽金片,一点一点沉积上去,以每小时0.007毫米的速度开始“生长”。在实验室环境下,一星期就可以“培育”一颗1克拉大小的钻石。它的硬度、纯净度都可以媲美天然钻石,但价格却只有天然钻石的六分之一。

难怪网友们纷纷表示:以后送女盆友鸽子蛋,可能已经不够看了。

钻石,从化学角度来说,和铅笔芯的主要成分一样,都由碳原子组成的。但结构的差异却让石墨在莫氏硬度等级中只排在最低的1级,钻石则位于最高的10级。两者的价值也差了十万八千里。

差别到底在哪儿呢?

原来,碳原子之所以会形成不同的结构,关键在于压力和温度。在不同的压力和温度条件下,碳原子会变成石墨、钻石、液体等各种形态。天然的钻石,大多数是在地球内部的高温高压下形成的,从目前开采的钻石矿中发现,绝大多数的钻石形成年代都在20亿至30亿年前,在南非地区发现的一些钻石的年龄甚至达到了45亿年左右。

了解了钻石的形成过程,为人工合成钻石提供了途径。

最初的合成方法,也是目前普遍使用的方法,是模仿天然钻石在地球深处的形成条件,在实验室中创造高温高压的环境来合成钻石:高温高压下,石墨粉融于金属熔剂中,碳原子向高压舱较冷的一端扩散,最终在籽晶上结晶生长。20世纪50年代起,人们就将人造钻石用于工业用途,1970年,通用电气的研究员制成了第一颗非常小的宝石级合成钻石,可以像宝石一样进行刻面处理。

不过,传统高压高温法合成的钻石克拉数较小,而且金属触媒会在钻石内留有残渣,机器内极少量的氮元素还会混入钻石中,让钻石呈现黄色,导致无法作为首饰级钻石。不过随着高压高温合成工艺不断改进,现在已经可以造出超过 30 克拉的无色钻石。

而中国科学院宁波材料技术与工程研究所所掌握的钻石合成技术,属于市面上比较新颖的方法,能够改善高压高温法合成钻石带来的缺陷。这种方法合成的钻石能达到高级天然钻石的颜色和纯净度,克拉数也更高。

2017年,德国奥格斯堡大学凭借这个方法,合成出了一块直径92厘米、155克拉的钻石,颜色达到了F 色,净度达到了VVS2——已经是品质相当不错的宝石级钻石了。

大家熟悉的美国影星莱昂纳多·迪卡普里奥也投资了人造钻石公司,运用的就是这种技术,能够生产出Type IIa级别(不含氮和其他杂质的、成分非常纯洁)的钻石。

这种人造钻石的物理属性和化学成分的天然钻石完全相同,甚至杂质更少纯度更高,如果没有特殊仪器的辅助,专业的珠宝鉴定师也无法单凭肉眼分辨出来。业内人士有个形象的比喻:“天然钻石和人工钻石的区别,就好比河流里的冰跟冰箱里的冰的区别。”

人造钻石

因此,美国联邦贸易委员会在 2018年发布的珠宝指南中,决定在对钻石定义中删除“天然”这个词,并且不再推荐使用“合成”一词来形容人造钻石。

2017 年,合成钻石的平均售价只比天然钻石便宜10%~20%,一年之后,这个差距已经拉开到30%~40%——因为中国开始量产人造钻石了——2017年,中国人造金刚石产量已占世界总产量的90%以上,连续 15 年位居第一,而且集中于河南省的三家公司。

消费者们对于人造钻石的接受度也越来越高。市场咨询公司 MVI Marketing做的一份关于“你更倾向于购买天然钻石还是人造钻石”的调查中,70% 的受访者选择了后者。

人造钻石地位得到了广泛的认可,价格也更为低廉,天然钻石还有活路吗?

面对新的市场环境,曾一度宣称“永远不会销售人造钻石”的戴比尔斯坐不住了。2018年5月份,戴比尔斯成立Lightbox Jewelry时尚珠宝品牌,全线销售人造钻石珠宝,为消费者提供比市面更便宜的高品质合成钻石。

不仅如此,该公司旗下子公司Element Six还投资9400万美元建造一座新的人造钻石工厂,该工厂生产出的培育钻石将直接应用于新品牌,年产量可达到 50 万克拉,交付周期只要两到三周。此外,Swarovski、Ada Diamonds 等品牌也都在加大对人造钻石的投资。

不过,对于奢侈品品牌来说,他们的看法出奇的一致:人造钻石属于时尚,而不是奢侈品市场。“奢侈品的关键就在于其‘稀有性’,而可以成百上千的制造的合成钻石完全是‘稀有性’的反义词。这个领域非常成功,但这是一个和奢侈品完全不同的市场。”

值得一提的是,人造钻石技术一定程度上代表了一个国家的科技发展水平。以金刚石车刀为例,其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜也无法检测,利用它来切削加工,往往可以直接获得镜面。

利用钻石超硬的力学性能,可加工世界上所有的已知材料。利用其无与伦比的热光声电性能,可用于航天员宇宙射线防护、尖端武器装备隐身防腐、提高导弹飞行速度与打击精度等尖端领域。

此外,这项技术还可用于制造加工原子核反应堆、光学、激光、雷达等领域的精密仪器。

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