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在电信、激光光学等领域中得以广泛应用

admin 人造钻石 2021年04月17日

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  头发钻石,以名取义,即以头发作为碳源的合成钻石,属于宝石级生物碳源合成钻石的一种。

  一家美国公司在2003年提交专利申请,并于2007年进行了公告(美国专利号:US7255743B2)。

  最早自20世纪50年代起,合成钻石就开始生产用于工业用途,在电信、激光光学等领域中得以广泛应用,还可用作研磨材料。但直到 1970 年,美国通用电气的研究员才制成了第一颗宝石级合成钻石

  20 世纪 80 年代中期,制造商开始商业化规模生产宝石级合成钻石。当时的合成钻石几乎都很小,呈黄色或褐色,但在后来的数十年里,合成钻石的品质不断提高。如今,合成钻石在外观上可以与高品质天然钻石媲美

  截止2017年,中国的人工钻石产能,已连续十多年稳居世界首位,占全球总产量的90%以上。中国每年生产大约100亿克拉用于工业领域的钻石,但国际珠宝用途的人工钻石供应截止2020每年仅有几百万克拉。

  在合成钻石诞生长达五十年之后,生物碳源合成钻石最早才于2001年被发明出来

  所有第三方机构的检验检测能力只能够基于钻石的晶体特征来进行分辨,而无法对合成钻石的碳源进行识别。在制备合成钻石的过程中,由于生物碳源转化为高纯度石墨温度高达1000摄氏度以上,DNA结构早已被破坏、生物特征早已消失,生物碳源合成钻石和普通合成钻石无论从外观还是进行专业检测,都无法作出区分。

  碳(C)、28%的氧(O)、15%的氮(N)、6.7%的氢(H)和5.3%的硫(S)。

  然而对于非商业用途或者特别定制的大型头发钻石,必然需要采集更多的发量。

  元素提纯,是区分头发钻石和普通合成钻石的核心步骤。其目的在于将来自生物体的碳源材料转化为可以被现有钻石合成技术处理的含碳物质,为下一步的晶体合成做准备。而在提纯过程中,头发钻石制造商往往会根据要求,刻意保留某些微量元素,以保证最终成品的颜色(例如:保留一定比例的氮元素,让钻石吸收冷蓝光而呈现暖黄色)。

  高温超高压法(HPHT),是利用装置模拟天然钻石在地底形成时的高压高温条件,用装置内的碳材料(一般情况下是石墨)制造合成钻石。相对较新的方法称为化学气相沉积法(CVD),是将含碳气体注入真空室,让其结晶沉积在合成钻石晶种上。这种方法比高温超高压法(HPHT)所需的温度更低,压力更小。

  截止2021年,所有生物碳源合成钻石均使用高温超高压法(HPHT)来进行制备,因此在采集到头发之后,需要将头发这种生物材质的原材料中的碳提炼为高纯度的石墨。只有极高纯度的石墨才能够用于培育宝石级的钻石,否则由于杂质过多,最终成品将呈现不透明或碎裂的状态,甚至根本无法被转化。

  高温超高压法 (HPHT)钻石的生长过程,需要先将将钻石晶种置于专门打造的压力条件下的一个生长舱室,再将生长舱室加热至 1300-1600 °C,压力高于 870,000 磅每平方英寸(约 5,998,440 帕),舱室内的高纯度石墨熔解在铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co) 等元素组成的金属助溶剂中,从而降低钻石生长所需的温度和压力。然后,碳材料借助助溶剂向温度较低的钻石晶种移动,并在其上结晶,形成合成钻石晶体。结晶过程需要数天至数周时间,以形成一个或多个晶体。

  考虑到加工过程的复杂性,CVD合成钻石通常是浅棕色的,这使得它们相对于普通钻石来说相对不具美学价值

  更重要的是,由于生命钻石特殊的纪念属性,要求钻石的碳源全部来自于所采集的生物材料

  化学气相沉积法(CVD)在培育过程中需要多次取出其中钻石半成品,打磨钻石顶部表面,移除其上的非钻石碳元素,然后再放回生长室

  ,因此截止2020年还没有看到使用化学气相沉积法(CVD)进行头发合成的报道。

  经过合成之后,头发就已经成为了钻石原石。从晶体学意义上,这时已经可以说头发已经变成了钻石。然而尚未经过切割的原石并不具备审美价值,因此还需要进行切割和打磨。

  钻石切割一共要经过原石分析、原始分切,以及打磨刻面等多个流程。在这一步的处理上,头发钻石、普通合成钻石以及天然钻石所经过的都是同样的制作宝石的工艺流程。

  头发钻石是一种特殊碳源的合成钻石,本质上依然是,由于和天然钻石的在原子级别上的物理结构相同,因此其包括光学性质在内的所有物理及化学性质与天然钻石没有差别。

  .Cesare Ragazzi Laboratory(凯撒拉加兹实验室)

  .Antwerp World Diamond Center(安特卫普世界钻石中心)


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