探索科學新知、體驗生活科學,今天的發現科學專題要帶您認識,美麗的鑽石透過科學方法,只要2週至1個月,在機器裡也能夠長出鑽石,不管肉眼看或結構上都和天然鑽石一模一樣,能夠量產的實驗室鑽石將可能成為未來趨勢!
實驗室鑽石怎麼重? 專家解密!
鑲嵌在六爪戒台上的一克拉白鑽, 在燈光下閃閃發亮、璀璨奪目,再看看旁邊一整盤粉鑽、藍鑽、黃鑽等各色繽紛的鑽石,每一顆都閃耀迷人,但不說您絕對看不出來,這些並非自然形成的天然鑽石,而是培育出來的人造實驗室鑽石。
台灣CVD實驗室鑽石創辦人李政民表示,天然鑽石只是碳結晶從地底下挖上來的,實驗室鑽石是碳結晶物從實驗室做出來的,所以物理化學的結構都一樣,基本上就是產地不一樣。
實驗室鑽石和天然鑽石的結構一模一樣,同樣都是碳元素,以八面體架狀相疊而成,但這些實驗室鑽石到底是怎麼做出來的?李政民指出,使用一個微波,那個微波類似於家裡微波爐的微波,只是功率更高、能量更強大,在一個共振腔體裡面注入氫氣、甲烷,然後把甲烷的碳萃取出來,在鑽石的基板上面去沉澱,接著沉積出一層一層的鑽石。
放入碳原子鑽石晶種之後,注入甲烷和氫氣,以CVD化學氣相沉積法,在低壓力和攝氏700度到1300度的高溫下,氣體中的分子會隨著溫度逐漸升高而分離,並落在鑽石晶種上一層一層生長,如果是一克拉的鑽石大約要費時2週至1個月的過程,接下來要經過雷射切割,將旁邊黑黑的多晶切除之後,就成為透明的鑽石原石,最後再經過拋光打磨切割,就變成我們看到的璀璨鑽石。
應用層面廣泛 實驗室鑽石成新趨勢
講究潔淨無瑕,製作過程必須精密控制,只要一個環節有偏差,都可能全盤失敗。李政民表示,科技的發展對於鑽石材料需求越來越高、越來越多,天然鑽石它沒有辦法提供再現性,只有實驗室鑽石可以再現性、重複性,甚至可以量化,所以實驗室鑽石才是未來一些鑽石方面的應用的主要材料。
實驗室鑽石因為能夠量產,且生長速度不像天然鑽石必須經過上億年高壓生成,除了價格相對低,包括品質、純度、大小、數量等也都能夠清楚掌控,加上鑽石在科技半導體和工業上的廣泛應用,也讓實驗室鑽石的需求量不斷增加。
李政民也提到,「實驗室鑽石是用來做天然鑽石做不到的地方,它不是來取代天然鑽石」,因為天然鑽石的採礦成本越來越高,一般消費者大部分都已經無法接受價格方面,再者天然鑽石它有採礦上的道德問題。
天然鑽石價格昂貴,美麗的背後血汗工廠也衍生出不少人權和勞力剝削的爭議,而這些實驗室裡長出來的鑽石,在外觀、質量和耐用性方面幾乎跟天然鑽石沒有區別,隨著時代的推移和科技的演進,也將逐漸成為鑽石的未來新趨勢。
記者/顏明儀、陳信志 責任編輯/朱怡玟