합성 다이아몬드 이야기

[find souls in the tree of life]

합성 다이아몬드는 지구에서 채굴된 다이아몬드와는 반대로 실험실에서 제조된 다이아몬드이다. 다이아몬드의 지질학적, 산업적 사용은 거친 돌에 대한 많은 수요를 만들었다. 이러한 수요는 반세기 이상 다양한 공정으로 제조된 합성 다이아몬드에 의해 상당 부분 만족되어 왔다. 하지만 최근 몇 년 동안 상당한 크기의 보석 품질의 합성 다이아몬드를 생산할 수 있게 되었다.[65] 분자 수준에서는 천연석과 동일하고 시각적으로 유사하여 특수 장비를 갖춘 보석학자만이 차이를 알 수 있는 무색 합성 원석을 만들 수 있다.[145]

상업적으로 이용 가능한 대부분의 합성 다이아몬드는 노란색이며 소위 소위 말하는 것으로 생산된다. 고압 고온 (Hpht) 프로세스.[146] 노란색은 질소 불순물 다른 색상은 또한 파란색, 녹색 또는 분홍색과 같은 재생될 수 있는데, 이는 추가의 결과입니다. 붕소 또는 조사 합성 후에요[147]

합성 다이아몬드를 재배하는 또 다른 인기 있는 방법은 화학기상증착 (cvd). 성장은 저압(대기압 이하) 하에서 발생한다. 그것은 (일반적으로) 가스의 혼합물을 먹이는 것을 포함한다. 1~99 메탄 ~에게 수소) 챔버로 쪼개 화학적으로 활동적으로 쪼개 라디칼 에서 플라즈마 점화 전자레인지, 열필라멘트, 아크방전, 용접 토치, 또는 레이저.[148] 이 방법은 대부분 코팅에 사용되지만, 또한 크기가 몇 밀리미터(그림 참조)인 단결정을 생성할 수 있다.[128]
2010년 현재 거의 모든 5천 만 캐럿(1,000개) 매년 생산되는 합성 다이아몬드의 톤은 산업용으로 사용된다. 연간 채굴되는 천연 다이아몬드 1억 3300만 캐럿의 약 50%가 산업용으로 끝난다.[145][149] 광공업의 비용은 천연 무색 다이아몬드의 경우 캐럿당 평균 40~60달러인 반면 합성제조업자의 비용은 평균 캐럿당 2,500달러 합성 보석 품질의 무색 다이아몬드를 위해.[145]: 79 하지만, 구매자는 0.01%의 천연 다이아몬드만이 화려한 색을 띠는 반면 대부분의 합성 다이아몬드는 어떤 식으로든 색을 띠기 때문에 화려한 색을 띠는 다이아몬드를 찾을 때 합성을 만날 가능성이 더 높다.[150]

다이아몬드 강화는 자연 또는 합성 다이아몬드(보통 이미 보석으로 잘라서 연마된 것)에서 수행되는 특정 처리로, 하나 이상의 방법으로 돌의 지질학적 특성을 향상시키기 위해 설계되었다.
코팅은 입방 지르코니아와 같은 다이아몬드 시뮬런트를 더 "다이아몬드 같은" 외관을 제공하는 데 점점 더 사용된다. 그러한 물질 중 하나는 다이아몬드형 탄소— 다이아몬드와 유사한 물리적 특성을 가진 비정질 탄소질 물질. 광고는 그러한 코팅이 이러한 다이아몬드와 같은 특성들 중 일부를 코팅된 돌에 전달하여 다이아몬드 시뮬런트를 강화시킬 것이라는 것을 암시한다. 와 같은 기술 라만 분광법 그러한 치료법을 쉽게 식별해야 합니다.[153]




광학 기술은 천연 다이아몬드와 합성 다이아몬드를 구별할 수 있다. 그들은 또한 대부분의 처리된 천연 다이아몬드를 식별할 수 있다.[155] "완벽한" 결정(원자 격자 수준에서)은 발견되지 않았기 때문에, 천연 다이아몬드와 합성 다이아몬드는 항상 결정 성장의 상황에서 발생하는 특징적인 불완전성을 가지고 있어 서로 구별될 수 있다.[156

실험실은 다이아몬드의 기원을 결정하기 위해 단파 자외선 아래에서 분광학, 현미경학, 발광 등의 기술을 사용한다.[155] 그들은 또한 식별 과정에 도움을 주기 위해 특별히 만들어진 기구들을 사용한다. 두 개의 상영 기구는 다이아몬드수어 그리고 다이아몬드뷰, 둘 다 디티씨 GIA에서 판매하고 있습니다.[157]

합성 다이아몬드를 식별하는 여러 방법은 다이아몬드의 생산 방법과 색상에 따라 수행될 수 있다. CVD 다이아몬드는 보통 오렌지 형광으로 식별될 수 있다.


어원, 초기 사용 및 구성 발견
그 이름 다이아몬드 에서 파생되었습니다. 고대 그리스: 스패닝 어캐스팅 어캐닝 버닝 어캐스팅 어캐닝 버닝 어캐스팅 어캐닝 버닝 어캐스팅 어캐닝닝 어캐릭터닝 어캐릭어링 어캐릭 어캐닝 어캐릭션 어처닝 어캐릭션 어캐릭어 (아다마스), '적절하고, 변할 수 없고, 깨지지 않고, 변하지 않는다' 식탁 (a-), 'not' + 고대 그리스: 버 (다마오), '제압하고 길들여라'.[159] 다이아몬드는 처음에 인식되고 채굴된 것으로 생각된다 인도중요한 경우 충적예금 그 돌은 수세기 전에 강을 따라 발견될 수 있었습니다. 페너, 크리슈나, 그리고 고다바리. 다이아몬드는 인도에서 최소 3,000개 정도 알려져 있습니다. 몇 년 동안 그러나 아마도 6,000년 몇 년 동안요.[131]

다이아몬드는 원석으로 사용된 이래로 소중해 왔다 종교적 아이콘 ~안에서 고대 인도. 판화 도구에서의 사용법 또한 초기로 거슬러 올라간다. 인류사.[160][161] 다이아몬드의 인기는 공급 증가, 커팅 및 연마 기술 개선, 세계 경제 성장, 혁신적이고 성공적인 광고 캠페인 때문에 19세기 이후 상승했다.[116]

1772년 프랑스 과학자 앙투안 라부아지에 대기 중에 다이아몬드에 태양 광선을 집중시키기 위해 렌즈를 사용했습니다. 산소, 그리고 연소의 유일한 산물은 이산화탄소, 다이아몬드가 탄소로 구성되어 있다는 것을 증명한다.[162] 이후 1797년 영국 화학자 스미스슨 테넌트 그 실험을 반복하고 확장했습니다.[163] 다이아몬드와 흑연을 태우는 것이 같은 양의 가스를 방출한다는 것을 증명함으로써, 그는 이러한 물질들의 화학적 동등성을 확립했다.[30]




https://en.m.wikipedia.org/wiki/Synthetic_diamond

랩이 자란 다이아몬드 (엘지디;[1] 또한 불림 실험실에서 자란, 실험실에서 만든, 사람이 만든, 장신, 인공, 합성, 또는 배양다이아몬드) 다이아몬드 제어된 기술 프로세스 (자연적으로 형성된 다이아몬드와는 대조적으로 지질학적 프로세스를 통해 생성됩니다. 채굴로 얻은).와는 달리 다이아몬드 시뮬런트 (표면적으로 유사한 비다이아몬드 재료로 만들어진 다이아몬드의 모방), 합성 다이아몬드는 자연적으로 형성된 다이아몬드와 동일한 재료로 구성되어 있습니다 – 순수합니다. 탄소 결정화된 에서 등방성 3D 형식과 동일성을 공유합니다. 화학적 물성.

고압온 기술로 재배되는 다양한 색의 랩이 자란 다이아몬드

1879년과 1928년 사이에 수많은 다이아몬드 합성 주장이 보고되었다

1940년대에는 미국, 스웨덴, 그리고 소비에트 연합1953년 첫 재현 가능한 합성으로 절정에 달했다. 추가 연구 활동은 고압고온다이아몬드 (Hpht) 및 CVD다이아몬드, 그들의 생산 방법 (고압 고온 및 화학기상증착, 각각). 이 두 공정은 여전히 합성 다이아몬드 생산을 지배하고 있다. 세 번째 방법은 나노미터-크기 다이아몬드 알갱이는 탄소 함유 폭발물의 폭발로 만들어집니다. 폭발 합성, 1990년대 후반에 시장에 진입했다. 네 번째 방법, 흑연을 고출력으로 처리하는 방법 초음파, 실험실에서 입증되었지만, 현재 상업적인 응용이 없다.

질소 불순물의 함량이 달라 음영이 다른 합성 다이아몬드. 탄소 격자에서 질소 함량이 높은 노란색 다이아몬드를 얻고, 투명 다이아몬드는 순수한 탄소에서만 나온다. 가장 작은 노란색 다이아몬드 크기는 약 0,3mm입니다.

합성 다이아몬드의 특성은 제조 과정에 의존한다. 어떤 것들은 다음과 같은 성질을 가지고 있다. 경도, 열전도도 그리고 전자 이동성 그것은 가장 자연적으로 형성된 다이아몬드보다 우수합니다. 합성 다이아몬드는 널리 사용되는 ~안에서 연마제, 도공을 자르고 연마하는 것과 열침하. 고출력 등 합성 다이아몬드의 전자적 응용이 개발되고 있습니다 스위치 ~에서 발전소, 고주파 전계효과트랜지스터 그리고 발광 다이오드. 합성 다이아몬드 검출기 자외선 (UV) 빛 또는 고에너지 입자 고에너지 연구시설에서 사용되며 상업적으로 이용 가능하다. 열적, 화학적 안정성의 독특한 조합으로 인해, 낮은 열팽창 넓은 광투명도가 높습니다. 분광 범위, 합성 다이아몬드는 고출력의 광학 창에 가장 인기 있는 재료가 되고 있다 코
2 레이저 그리고 자이로트론. 산업용 다이아몬드 수요의 98%가 합성 다이아몬드를 공급하는 것으로 추정된다.[2]

CVD와 HPHT 다이아몬드는 모두 절단할 수 있다 보석 그리고 다양한 색상이 생산될 수 있습니다: 선명한 흰색, 노란색, 갈색, 파란색, 녹색 그리고 오렌지. 합성 보석이 시장에 등장하면서 다이아몬드 거래 사업에 큰 우려가 생겼고, 그 결과 특별하게 분광학 합성 다이아몬드와 천연 다이아몬드를 구별하기 위한 장치와 기술이 개발되었다.

모이산은 전기 아크로로 합성 다이아몬드를 만들려고 한다다이아몬드 합성 초기에는 현대 화학의 창시자인 앙투안 라부아지에가 중요한 역할을 하였다. 다이아몬드의 결정 격자가 탄소의 결정 구조와 유사하다는 그의 획기적인 발견은 다이아몬드를 생산하려는 초기 시도의 길을 열었다.[3] 1797년 다이아몬드가 순수한 탄소라는 것이 발견된 후, [4][5] 다양한 값싼 형태의 탄소를 다이아몬드로 바꾸려는 많은 시도가 있었다.[6][a] 가장 초기의 성공은 다음과 같이 보고되었다. 잼스발란틴해네이 1879년에[11] 그리고 나무 1893년에요. 그들의 방법은 가열을 포함했다. charcoal 3,500°C(6,330°F)까지 철이 들어 있습니다. 탄소 용광로에서 도가니 한네이가 화염가열관을 사용한 반면 모이산은 새로 개발한 튜브를 적용했다 전기 아크로의 블록 내부의 탄소봉 사이에 전기 아크가 부딪힌 라임.[12] 그 후 녹은 철은 물에 침지함으로써 빠르게 냉각되었다. 냉각에 의해 생성된 수축은 아마도 흑연을 다이아몬드로 변환하는데 필요한 고압을 생성한 것으로 추정된다. 모이산은 1890년대에 일련의 기사로 그의 작품을 발표했다.[6][13]

많은 다른 과학자들은 그의 실험을 복제하려고 했다. 시르 윌리엄 크룩스 1909년에 성공을 거두었다고 주장했다.[14] 오토러프 1917년에 직경이 7mm(0.28 in)까지 다이아몬드를 생산했다고 주장했고,[15] 그러나 나중에 그의 진술을 철회했습니다.[16] 1926년 박사 J. 윌라드 허쉬 ~의 맥퍼슨 칼리지 모이산과 러프의 실험을 복제했습니다.[17][18] 합성 다이아몬드를 생산합니다.[19] 모이산, 러프, 허시의 주장에도 불구하고 다른 실험자들은 합성을 재현할 수 없었다.[20][21]

가장 결정적인 복제 시도는 Sir에 의해 수행되었다. 찰스알제논파슨스. 발명으로 유명한 저명한 과학자이자 엔지니어 증기 터빈, 그는 약 40년(1882~1922)과 그의 재산의 상당 부분을 모이산과 한네이의 실험을 재현하려고 노력했지만, 또한 그의 과정을 적응시켰다.[22] 파슨스는 공들여 정확한 접근과 방법론적인 기록 보관으로 알려져 있었다; 그의 결과 샘플들은 모두 독립 정당에 의한 추가 분석을 위해 보존되었다.[23] 그는 HPHT 다이아몬드에 가장 초기의 일부인 많은 글을 썼는데, 그 글에서 그는 작은 다이아몬드를 생산했다고 주장했다.[24] 하지만 1928년 C. H. 데쉬 박사에게 기사 게재를 허가하였다.[25] 그 책에서 그는 그 때까지 합성 다이아몬드(모이산 등의 다이아몬드 포함)가 생산되지 않았다고 그의 믿음을 말했다. 그는 그 때까지 생산된 대부분의 다이아몬드가 합성일 가능성이 높다고 제안했다 스피넬.[20]

아세아

1953년 ASEA에 의한 최초의 합성 다이아몬드

아세아
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1953년 ASEA에 의한 최초의 합성 다이아몬드
처음 알려진 (그러나 처음에는 보고되지 않은) 다이아몬드 합성은 1953년 2월 16일에 이루어졌다. 스톡홀름 ~옆에 아세아 (알메나 스벤스카 일렉트리스카 악티볼라게트), 스웨덴의 주요 전기 장비 제조 회사. 1942년부터 ASEA는 코드명 QUINTUS의 일급 비밀 다이아몬드 제조 프로젝트의 일환으로 5명의 과학자와 엔지니어로 구성된 팀을 고용했다. 그 팀은 다음과 같이 설계된 부피가 큰 분할구 장치를 사용했다. 발차르 폰 플라텐 앤더스 켐페도요.[26][27] 약 8.4 GPa (1,220,000 psi) 및 1시간 동안 2,400 °C (4,350 °F)의 온도로 장치 내에서 압력을 유지하였다. 몇 개의 작은 다이아몬드가 생산되었지만 보석 품질이나 크기는 생산되지 않았다.

특허 과정에 대한 질문과 세계적으로 다른 심각한 다이아몬드 합성 연구가 일어나지 않았다는 합리적인 믿음 때문에, ASEA 이사회는 홍보와 특허 출원에 반대했다. 그리하여 1955년 2월 15일의 GE 기자회견 직후 ASEA 결과 발표가 이루어졌다.[28]

1980년대에 제작된 벨트 프레스 코벨코

1941년, 일반전기 (ge), 노턴 그리고 카르보룬덤 다이아몬드 합성을 더 발전시키기 위한 회사들. 이들은 3.5의 압력으로 약 3,000°C(5,430°F)까지 탄소를 가열할 수 있었다 기가파스칼스 51만psi) 몇 초 동안. 곧, 제2차 세계 대전 프로젝트를 방해했습니다. 1951년 GE의 스케넥타디 연구소에서 재개되었으며, 프랜시스 P. 번디, H. M. 스트롱과 함께 고압 다이아몬드 그룹이 결성되었다. 트레이시홀 그리고 다른 사람들은 나중에 그 프로젝트에 참여했습니다.[26]

Schenectady 그룹은 모루 에 의해 설계된 퍼시 브리지먼, 누가 a를 받았는가 노벨 물리학상 1946년 그의 업적으로요. 번디와 스트롱이 첫 번째 개선을 한 다음 홀이 더 만들었다. GE 팀은 스텐 카바이드 유압 프레스 내의 모루는 에 들어있는 탄소질 샘플을 짜기 위해 카틀리나이트 용기, 완성된 그릿이 용기 밖으로 짜서 개스킷으로 어집니다. 그 팀은 다이아몬드 합성을 한 번 기록했지만, 불확실한 합성 조건 때문에 실험을 재현할 수 없었고,[29] 그리고 다이아몬드는 나중에 씨앗으로 사용된 천연 다이아몬드였던 것으로 나타났습니다.[30]

홀은 1954년 12월 16일 처음으로 상업적으로 성공적인 다이아몬드 합성을 달성하였고, 이는 1955년 2월 15일에 발표되었다. 그의 돌파구는 10 GPa(1,500,000psi) 이상의 압력과 2,000°C(3,630°F) 이상의 온도를 생산할 수 있는 "벨트" 프레스를 사용하는 것이었다.[31] 언론은 a를 사용했다. 피로필라이트 흑연이 녹은 용기 안에 녹은 용기 니켈, 코발트 또는 철제. 그 금속들은 "용매" 역할을 했습니다.촉매"이것은 탄소를 용해시키고 다이아몬드로의 전환을 가속화시켰습니다. 그가 생산한 가장 큰 다이아몬드는 가로 0.15 mm (0.0059 in)였다; 그것은 보석에 너무 작고 시각적으로 불완전했지만 산업용 연마제에서 사용할 수 있었다. 홀의 동료들은 그의 작품을 복제할 수 있었고, 그 발견은 주요 저널에 발표되었다. 자연.[32][33] 그는 재현 가능하고 검증 가능하며 문서화가 잘 된 과정을 가진 합성 다이아몬드를 재배한 최초의 사람이었다. 그는 1955년에 GE를 떠났고, 3년 후에 네 개의 모루가 있는 사면체 프레스인 다이아몬드 합성을 위한 새로운 장치를 개발했습니다. 미국 상무부 GE 특허 출원에 대한 비밀 명령.[30][34]