作者： Lei.Kang

“钻石恒久远，一颗永流传”这句脍炙人口的广告语你是否听过？有人称他为二十世纪最精彩的营销骗局，也有人说，它的成功是现代营销史上教科书般的经典案例。不管如何评价，1949年，这一句广告如同爱情爆炸一般，响彻全球，并且成功地把钻石带进了市场。

说起钻石，小编想问问大家会想到什么关键词，严苛的生长环境？经年累月的生长周期？纯净无瑕的绝美外观？极低的产出率？

但假如，有一种发达的技术使得一颗钻石的生长周期从以“亿年”计数转变为几个星期；与钻石一样纯净，品质甚至更胜一筹；价格却比天然钻石低上50%的售价，你会为他买单吗？

小编今天就来为大家介绍一下合成钻石。合成钻石
(图片来源：GIA)

如何
在实验室培育钻石？
01

合成钻石是通过高温高压环境模拟天然钻石的形成环境研发出的钻石。依据制作工艺，分为“化学气相沉积法钻石（CVD钻石）”和“高温高压法钻石（HPHT钻石）”。二者均有各自的优势，CVD法发展迅速，HPHT法则可产出10克拉以上的高品质钻石。

 两种合成方法的原石与刻面宝石
(图片来源：GIA)

高温高压法（HTHP）
HTHP法合成钻石
图片来源：GIA

采用静态高压法中的高温高压溶剂法(温度梯度法)合成技术，该方法模拟天然钻石形成的温度压力环境（通常压力在5~6GPa，温度为1300℃~1600℃），通过金属触媒溶剂(如Fe，Ni，Co等及其合金)降低石墨相变为钻石的条件，使石墨在较高温区溶解，钻石在较低温区的籽晶上生长。
化学气相沉淀法（CVD）
CVD法合成钻石
图片来源：GIA

以低分子碳氢化合物（甲烷CH4、乙炔C2H2、苯C6H6等）为原料所产生的气体与氢气混合（有的还加入氧气），在一定的温压条件下使碳氢化合物离解，在等离子态时生成碳离子，然后在电场的引导下，碳离子在金刚石或非金刚石（Si、SiO2、Al2O3、SiC、Cu等）衬底上生长出多晶金刚石薄膜层。

合成
最大的钻石？
02
如果单纯讨论最大的宝石级刻面合成钻石来看，目前最大的宝石级合成钻石是2021年IGI（国际宝石研究院）公布的一颗14.6ct CVD合成钻石。此前最大的CVD合成钻石纪录是由中国上海征世科技合成培育为12.75ct的“Shining Love”钻石，其原石重达46.20ct。

 14.6ct CDV合成钻石（左）和12.75ct的"shing love"钻石（右）
(图片来源：IGI)
当然，2019年，中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素材料实验室的研究团队，利用甲烷气体中分裂出的碳原子沉积在“种晶”的方法，培育出生长速度可达每小时0.007毫米的宝石级合成钻石，按照这个速度，七天就可以“培育”出一颗1克拉大小的钻石，这种方法可以最大可以培育出10克拉的合成钻石。
（图片来源：CCTV2）
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但是”

当我们跳脱开合成钻石仅限于宝石级，作为首饰这一用途以外；合成钻石或者说合成金刚石也可以成为国之重器。合成金刚石作为超硬超导材料，被广泛应用于机械加工生产、电子、军工、航天航空等领域。最常见的用途就是，借助其高硬度的特性，用来制作手术刀、牙科器械等。

图片来源：Matthhias

2017年，历时26年的德国奥格斯堡大学技术团队用“异质外延生长技术”合成155ct的CVD单晶体金刚石。虽然这个直径92mm的“盘状”金刚石的厚度仅有1.6mm，但155ct的重量足以震惊世界……

 通俗介绍该实验的原理是，在低压条件下，采用一定方法激活含碳气体，使其中的碳原子在基底上过饱和沉积、生长成钻石。该文章（《Ion bombardment induced buried lateral growth: the key mechanism for the synthesis of single crystal diamond wafers》）发表在《Scientific Reports》杂志上。

图片来源：Matthhias

合成钻石
分级到底有无必要？
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我们都知道，天然钻石有一套由GIA（Gemological Institute of America 美国宝石学院）建立的完整4C分级体系（是衡量一颗钻石价值与品质的标准，指钻石的克拉重量Carat weight、净度Clarity、色泽Color、切工Cut）。那么合成钻石是否需要呢？

 不同颜色与切工的合成钻石
(图片来源：GIA)

很简单，消费者需要，它就应运而生。我们既不能被“合成钻石就是在人为提供的最适合钻石生长的环境中生长的钻石，因为接近理想状态所以有品质保障”的说法一叶障目，也不能因为“合成钻冒充天然钻的骗局”而因噎废食，拒绝所有的培育钻石。
2019年3月6日，HRD（Hoge Raad Voor Diamant 比利时钻石高阶层会议）宣布更新其实验室生长钻石分级体系：颜色描述由5个更新为13个，D为最高等级，SZ为最低等级。新证书还包括10个净度等级，从放大镜下无瑕（LC）到P3（肉眼有瑕）。
2019年7月，GIA也为检测出的合成钻石出具证书证书，对于合成钻石，其颜色、净度的各个等级的名称都跟天然钻石不同。此外，分级证书随附的二维码还将提供培育钻石的生长信息，钻石后期的净度处理过程也将被列出。

 HRD的合成钻石证书（左）
GIA的合成钻石钻石（右）

合成钻石的价格？
04
钻石的高昂价格是阻碍人们购买的一大因素，合成钻石以相对亲民的价格俘获了人们芳心。
目前，同等品质的合成钻石的售价大约为天然钻石的50%～70%，但随着技术的进步生产成本会递减，在未来合成钻石的成本有可能会降到同等品质天然钻石的价格10%～30%。
根据摩根士丹利的调研报告预计，小颗粒合成钻石的市场价格将降到同等级别天然钻石的50%，而大颗粒合成钻石的价格有可能降到同等级别天然钻石的30%。摩根士丹利还预测，虽然目前合成钻石销售额在全球市场中仅占1%，但随着工艺质量和钻石尺寸的快速提升，合成钻石在宝石市场的份额仍会不断增加。

图片来源：CCTV2

图片来源：Lightbox

 但事实上，尽管每年合成钻石的市场占比都在稳步上升，2021年它在市场中所占的比率也还不到4%，全球钻石的市场仍牢牢掌握在天然钻石手中。合成钻石与天然钻石，谁会在未来更闪耀呢？

有学者曾经打过这样一个比方：“天然钻石和人工钻石的区别就好比河流里的冰和冰箱里的冰的区别。”所以二者并无本质差别。但其头顶的“合成”二字却也让人却步。合成钻石真的是钻石吗？“人工合成”出的首饰又是否违背了“真爱”的定义呢？如此局面使戴比尔斯公司坐不住了，为了巩固天然钻石市场的城池，戴比尔斯又推出了一句全新的广告词——“真实才是稀有的，真实的才是钻石。”

图片来源：戴比尔斯公司（DeBeers）

可合成钻石市场的这块蛋糕实在太大，昔日的天然钻石巨头也忍不住想来分一杯羹。在2018年，戴比尔斯公司也只好“放下身段”，推出了一个专做实验室合成钻石的珠宝品牌——“LightBox”。他们的宣传语是“我们的使命是让更多的人更经常地享受到钻石的光芒。”

图片来源：Lightbox

结语

这些个“有趣”的见闻或许也在告诉我们，我们无法用三言两语轻易定下断论。答案应该由你们来回答，由市场来决定，由时间来见证。未来不可知，很多东西还有待观察。任何观点和资讯，都可以作为参考，但绝不是唯一的“教科书”。
所以，你会为合成钻石买单吗？留言给小编哦～

美编：林洁（江西师范大学）

校对：周星星（上海海洋大学）  刘淇郡（成都理工大学）

本篇文章来源于微信公众号: 中科院地质地球所