怕光、怕撞、能合成...钻石真的值那么多钱吗？
来源：中国科普博览
眩目的外表和坚硬的内心似乎使得钻石一开始就与“昂贵”一词相联系。早在公元前四世纪，印度就开始交易钻石。在当时，钻石被当作宝石或者护身符，而有限的钻石产量仅仅能够满足印度富裕阶层这一有限市场。到了1947年，戴比尔斯创作出经典广告语“钻石恒久远，一颗永留传”，钻石成为永恒承诺的象征，走向国际市场。
A：“钻石没什么别的缺点，就是太贵了”
B：“贵难道不是你的缺点吗?”
C：“试着撕开钻石华丽的营销包装，你会发现贵可不是它唯一的缺点!”
钻石等于爱情?钻石等于爱情?
Part.1
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，它是自然界中天然存在的最坚硬的物质。由于硬度最高，钻石加工必须使用与自身硬度相同的钻石粉相互摩擦切削才行。
奇特的是如果在阳光下用放大镜观察钻石，钻石可能会慢慢消失不见(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快反应速度)。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，钻石燃烧变成了二氧化碳气体。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，钻石不仅怕光，还怕热……所以，千万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。
钻石虽然坚硬，但是它还怕撞击?没错，钻石本身很坚硬，但往往越是坚硬的物质越是脆弱，韧性越差。钻石虽然能切割任何东西，不怕磨损，但是却害怕撞击，所以请不要带着“娇贵”的钻石做剧烈的活动，比如：与石头、陶瓷等硬物碰撞或摔向大理石地面。
千万不要在太阳底下用放大镜观察钻石!千万不要在太阳底下用放大镜观察钻石!
Part.2
钻石和碳竟然是“双胞胎”
和其他被人们熟知的宝石一样，钻石也是普通的化学物质。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，钻石也不过是碳(C)的同素异形体。
如同H2O在不同条件下呈现不同的形态——液体水、固态冰和气态水蒸气，C元素在不同的温度和压力下具有不同的形态表现：在常温常压下就是我们常见的黑色碳或石墨，在高温高压下则变成闪亮夺目的钻石，而在一定条件下，它也可能是液态或者气态C。
不同温度和压力条件下水的形态和碳的形态不同温度和压力条件下水的形态和碳的形态
钻石和石墨是同一化学元素C的同素异形体，只是原子结构不同，钻石为稳定的四面体结构，而石墨为层状结构，两层之间可以任意滑动。不同的原子结构导致两者完全不同的物理化学性质：钻石是地球上硬度最高的物质，其硬度被定义为莫氏硬度10;石墨为地球上最软的物质，其莫式硬度为1。这就好比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苦，在两个极端间转化。
钻石和石墨的原子结构图钻石和石墨的原子结构图
既然钻石和石墨都是C元素的同素异性体，那有没有什么办法可以让他们变成同样的结构呢?
答案是“有”。
就像水可以变成冰一样，无非就是让C原子重新排列一下。根据C的相图我们可以得到只要温度和压力控制在一定条件下，例如我们将压力控制在4.5~6.0GPa，温度在1100℃~1500℃，石墨就会变成钻石。
在触媒即催化剂的作用下，石墨转化为钻石的化学反应的速率加快，所需的温度和压力条件也会降低。化学反应就像是要穿越一片山区，原本需要先爬到山顶再下山才能通过，但加入了触媒之后，便如同打通了山底隧道，使反应更容易进行。目前最常见的触媒为金属触媒，主要有纯铁、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]。
Part.3
稻草也能变“黄金”
钻石主要分布在火山口，天然钻石源自地表下超过160公里的地方，地球内部的高温高压环境给了它形成的条件，3~4亿年前的火山爆发，把它们推到了地球表面，而那时连恐龙都还没有出现。但由于火山口的钻石仍然十分稀少，钻石的价格异常昂贵。然而随着对钻石的追求和热爱持续增加，充满智慧的人类终究找到了简单的方法制造人工合成钻石。由于稻草燃烧后主要成分为碳，和钻石成分相同，人们调侃曰：稻草可变“黄金”。
目前人工合成钻石的方法主要有：化学气相沉积CVD法(ChemicalVaporDeposit)和高温高压HPHT法(HighPressureHighTemperature)[2]。前者是化学气相沉积法沉积钻石，后者是通过高温高压的方式合成钻石;CVD以生产大颗粒钻石为主，HPHT主要生产小碎钻。
CVD法：以低分子碳氢化合物(CH4、C2H2、C6H6等)为原料所产生的气体与氢气混合(有的还加入氧气)，在一定的条件下使碳氢化合物离解。在等离子态时，氢离子相互结合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，在电场的引导下，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规律在衬底上生长出钻石。其中以钻石为衬底生长钻石的CVD方法也叫做外延生长法，它按照钻石籽晶的晶面参数不断地堆积生长，故生长单晶钻石必须用CVD外延生长法。
目前通过CVD法合成的钻石品质与天然钻石几无二致，肉眼难辨，仅仅可以通过观察其在短波紫外线下的磷光表现，与天然钻石区分进行简单的初步筛选。
HPHT法：模拟地壳底下的高温高压环境，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一定的压力和提升到一定的温度，例如：5.5万个大气压力，1400℃~2500℃，所有的石墨都会溶解到熔融了的金属触媒中，并转变为跟天然钻石成分与结构几乎一模一样的钻石。
就是一些专业的鉴定实验室也无法分辨HPHT钻石与天然钻石间的差别。最简单的方式是消费者在购买钻石时一定要索取世界权威证书，IGI鉴定证书都会在证书上和钻石腰部注明该钻石颜色经过HPHT处理，所以消费者在阅读证书时要留意该字样。
CVD法合成钻石设备和生长示意图CVD法合成钻石设备和生长示意图
HPHT法制备钻石设备和内部示意图HPHT法制备钻石设备和内部示意图
Part.4
人工合成钻石已成主流?
中国的人工合成钻石自20世纪90年代开始蓬勃发展，进入21世纪以来，在世界合成钻石领域占据了优势地位，2016年产量已接近200亿克拉：同年国内登记结婚的新人共有1133万对，如果将这一年国内产出的合成钻石平均分配，每对新人能分到1800克拉。
中国目前合成钻石的售价大约为天然钻石的50%~70%，随着技术的进步和规模化生产带来的边际成本递减，未来合成钻石的成本甚至有可能降到天然钻石的10%~30%。根据摩根士丹利的调研报告，到2020年，小颗粒合成钻石的市场售价将达到同级别天然钻石的50%，而大颗粒合成钻石的售价有可能降到同级别天然钻石的30%。摩根士丹利还预测，虽然目前合成钻石的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，合成钻石可能会在2020年占据宝石市场15%左右的份额[3]。
脱去忠贞不渝的象征外衣，未来的钻石可能只不过是一枚平平无奇的小石头罢了。
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