怕光、怕撞、能合成...钻石真的值那么多钱吗？

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眩目的外表和坚硬的心里似乎使得钻石一起头就与“昂贵”一词相关联。早在公元前四世纪，印度就起头生意钻石。在其时，钻石被看成宝石或许护身符，而有限的钻石产量仅仅可以知足印度富足阶级这一有限市场。到了1947年，戴比尔斯创作出经典告白语“钻石持久远，一颗永留传”，钻石成为永恒承诺的象征，走向国际市场。

A：“钻石没什么其余瑕玷，就是太贵了”

B：“贵岂非不是你的瑕玷吗？”

C：“试着撕开钻石华美的..包装，你会发现贵可不是它独一的瑕玷！”

钻石等于恋爱？ 

图片起原：http://www.photophoto.cn/show/08179062.html

再怎么坚硬还不是个“怕光族”

金刚石俗称“金刚钻”，也就是钻石的原身，它是天然界中自然存在的最坚硬的物质。因为硬度最高,钻石加工必需使用与自身硬度沟通的钻石粉互相摩擦切削才行。

奇异的是如果在阳光下用放大镜视察钻石，钻石或者会慢慢消散不见（热力学上碳在空气中会氧化；动力学上碳在聚光的高温下会加速回响速度）。这是因为当阳光聚焦在钻石上的一点，温度达到钻石的燃点时，钻石燃烧酿成了二氧化碳气体。科学家研究发现钻石在纯氧中燃点为720～800℃，在空气中为850～1000℃，也就是说，钻石不光怕光，还怕热……所以，万万不要让你的钻石接近高温，更不要好奇心太重，用大明火考验它。

钻石固然坚硬，然则它还怕撞击？没错，钻石自己很坚硬，但往往越是坚硬的物质越是懦弱，韧性越差。钻石固然能切割任何器材，不怕磨损，然则却害怕撞击，所以请不要带着“娇贵”的钻石做猛烈的运动，好比：与石头、陶瓷等硬物碰撞或摔向大理石地面。

万万不要在太阳底下用放大镜视察钻石！

图片起原：https://www.baidu.com/（作者在原图根蒂上点窜）

钻石和碳竟然是“双胞胎”

和其他被人们熟知的宝石一般，钻石也是通俗的化学物质。就如同蓝宝石是三氧化二铝、翡翠是二氧化硅、莫桑石是碳化硅，钻石也不外是碳（C）的同素异形体。

如同H2O在分歧前提下呈现分歧的形态——液体水、固态冰和气态水蒸气，C元素在分歧的温度和压力下具有分歧的形态示意：在常温常压下就是我们常见的黑色碳或石墨，在高温高压下则酿成闪亮醒目的钻石，而在必然前提下，它也或者是液态或许气态C。

分歧温度和压力前提下水的形态和碳的形态

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钻石和石墨是统一化学元素C的同素异形体，只是原子构造分歧，钻石为不乱的四面体构造，而石墨为层状构造，两层之间能够随意滑动。分歧的原子构造导致两者完全分歧的物理化学性质：钻石是地球上硬度最高的物质，其硬度被界说为莫氏硬度10；石墨为地球上最软的物质，其莫式硬度为1。这就比如小时候喝的加糖精的水，一点点会非常甜，而量再多一点的话就变得非常的吃力，在两个极端间转化。

钻石和石墨的原子构造图 

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既然钻石和石墨都是C元素的同素异性体，那有没有什么法子能够让他们酿成同样的构造呢？

谜底是“有”。

就像水能够酿成冰一般，无非就是让C原子从新分列一下。凭据C的相图我们能够获得只要温度和压力掌握在必然前提下，例如我们将压力掌握在4.5～6.0GPa，温度在1100℃～1500℃，石墨就会酿成钻石。

在触媒即催化剂的感化下，石墨转化为钻石的化学回响的速度加速，所需的温度和压力前提也会降低。化学回响就像是要穿越一片山区，原本需要先爬到山顶再下山才能经由，但到场了触媒之后，便如同打通了山底地道，使回响更轻易进行。今朝最常见的触媒为金属触媒，首要有纯铁、纯铜和纯镁；合金触媒有镍基触媒(如镍锰、镍锰铜、镍钴锰等)和铁基触媒(如铁镍、铁钴、铁锰、铁镍钴、铁钴锰镍等；除此之外还有非金属触媒和超临界流体触媒等等[1]。

稻草也能变“黄金”

钻石首要分布在火山口，自然钻石源自地表下跨越160公里的处所，地球内部的高温高压情况给了它形成的前提，3～4亿年前的火山爆发，把它们推到了地球外观，而那时连恐龙都还没有显现。但因为火山口的钻石仍然十分稀少，钻石的价钱非常昂贵。然而跟着对钻石的追乞降热爱持续增加，布满聪明的人类毕竟找到了简洁的方式制造人工合成钻石。因为稻草燃烧后首要成分为碳，和钻石成分沟通，人们奚弄曰：稻草可变“黄金”。

今朝人工合成钻石的方式首要有：化学气相沉积CVD法（Chemical Vapor Deposit）和高温高压HPHT法（High Pressure High Temperature）[2]。前者是化学气相沉积法沉积钻石，后者是经由高温高压的体式合成钻石；CVD以生产大颗粒钻石为主，HPHT首要生产小碎钻。

CVD法：以低分子碳氢化合物（CH4、C2H2、C6H6等）为原料所发生的气体与氢气夹杂（有的还到场氧气），在必然的前提下使碳氢化合物离解。在等离子态时，氢离子互相连系成的氢气被抽真空设备抽走，剩下的碳离子带正电荷。在钻石或非钻石（Si、SiO2、Al2O3、SiC、Cu等）的衬底上通负电，在电场的指导下，带正电荷的碳离子就会向通负电的衬底移动，最后沉淀在衬底上，并按照钻石晶格生长纪律在衬底上生长出钻石。个中以钻石为衬底生长钻石的CVD方式也叫做外延生长法，它按照钻石籽晶的晶面参数络续地聚积生长，故生长单晶钻石必需用CVD外延生长法。

今朝经由CVD法合成的钻石品质与自然钻石几无二致，肉眼难辨，仅仅能够经由视察其在短波紫外线下的磷光示意，与自然钻石区分进行简洁的初步筛选。

HPHT法：模拟地壳底下的高温高压情况，在高温高压下，将石墨融到融化了的金属触媒里面。将石墨与液态金属施压到必然的压力和提拔到必然的温度，例如：5.5万个大气压力，1400℃～2500℃，所有的石墨都邑消融到熔融了的金属触媒中，并改变为跟自然钻石成分与构造几乎一模一般的钻石。

就是一些专业的判定实验室也无法差别HPHT钻石与自然钻石间的不同。最简洁的体式是消费者在购置钻石时必然要索取世界权势证书，IGI判定证书都邑在证书上和钻石腰部注明该钻石颜色经由HPHT处理，所以消费者在阅读证书时要属意该字样。

CVD法合成钻石设备和生长示意图 

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HPHT法制备钻石设备和内部示意图 

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人工合成钻石已成主流？

中国的人工合成钻石自20世纪90年月起头蓬勃成长，进入 21世纪以来，活着界合成钻石范畴占有了优势地位，2016年产量已接近200亿克拉：同年国内挂号娶亲的新人共有1133万对，若是将这一年国内产出的合成钻石平均分派，每对新人能分到1800克拉。

中国今朝合成钻石的售价大约为自然钻石的50%～70%，跟着手艺的提高和规模化生产带来的边际成本递减，将来合成钻石的成本甚至有或者降到自然钻石的10%～30%。凭据摩根士丹利的调研申报，到2020年，小颗粒合成钻石的市场售价将达到同级别自然钻石的50%，而大颗粒合成钻石的售价有或者降到同级别自然钻石的30%。摩根士丹利还展望，固然今朝合成钻石的发卖额在全球市场中仅占1%，但跟着工艺质量和钻石尺寸的快速提拔，合成钻石或者会在2020年占有宝石市场15%摆布的份额[3]。

脱去忠贞不渝的象征外套，将来的钻石或者只不外是一枚平平无奇的小石头而已。

人工合成各类颜色钻石 

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参考文献：

[1]王雪等，点石成金——人造钻石的实情，大学化学，2019, 34 (8)：142−147.

[2] Chengzhi Luo, Xiang Qi, Chunxu Pan et al, Diamond synthesis from carbon nanofibers at low temperature and low pressure, Scientific Reports, 2015,5: 13879 .

[3] AI财经社，人造金刚石对自然钻石的伟大冲击，超硬材料工程，2019.31（1）:51.

出品：科普中国

建造：陈健

（中国科学院上海硅酸盐研究所）

监制：中国科学院较量机网络信息中心

（本文中标明起原的图片已获得授权）

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