小编：珠铭睿
为了满足工业生产和首饰消费的需求，合成钻石应运而生。其中，化学气相沉积法（CVD）合成钻石生长速度快，成本相对低，并且与天然钻石最为相似，应用前景广阔，是当前宝石学研究的热点之一。2016年9月，GIA发布了一颗5.19ct，具有具有J色和VS2净度的CVD合成钻石的检测报告，并将其作为CVD合成钻石技术的一个里程碑。
GIA迄今检测的最大CVD合成钻石（10.04 × 9.44 × 6.18 mm，5.19ct）图片来源：Johnny Leung，Tony Leung
令人意想不到的是，近日，德国奥格斯堡大学的研究人员宣布通过化学气相沉积法合成出了155克拉的钻石。这项研究始于1991年，已经耗时26年。
奥格斯堡大学物理研究所物理学家马蒂亚斯·施雷克手拿155克拉的合成钻石 图片来源：CNTV
1.化学气相沉积法（CVD）的发展
合成钻石是指用人工方法得到的，与天然钻石有着相同的化学成分和晶体结构的合成材料。19世纪的科学家就采用将碳溶于溶剂中使之析出晶体的方法制造钻石，并将温度、压力与钻石的合成联系起来。1952年，美国的William Eversole首次获得CVD合成钻石，即在钻石衬底上生长新钻石。早期的CVD合成钻石同样生长缓慢，效率低下。直到上个世纪80年代，CVD技术取得关键进展，才实现了商业化生产。2009-2013年间，多数CVD合成钻石在0.25-0.50ct范围内。过去几年中，突飞猛进的技术催生了更多高品质、大克拉数的合成钻石。
板状CVD合成钻石 图片来源：Elementsix
2. CVD合成钻石的原理
CVD合成方法是指在低于一个大气压和700-1300℃温度下，在真空室中释放甲烷和氢气的混合物，实现碳原子在基底或种晶上的化学气相沉积。这枚155克拉的CVD合成钻石就是在大约十分之一大气压力下被生产出的。在工业用途中，基底可采用硅、钨、钼，以从而得到多晶体的钻石膜。如果基底采用单晶钻石，只要CVD合成单晶达到足够厚度，可以加工成刻面宝石。
CVD合成钻石生长舱过程示意图 图片来源：De Beers
正常情况下，在这样低的压力下加热甲烷和氢气混合物，将产生石墨或其它非金刚石形态的碳。但在CVD生长舱中，通过施加微波能量，使分子氢转化为原子氢，会促进金刚石的形成，因为金刚石在该环境中更稳定。
此外，通过可控地添加气体掺入杂质元素，可使CVD合成钻石的光学性能在较宽的范围内变化，得到多种颜色的产品。
Ib型，0.4ct彩黄色方形钻石 图片来源：Sood Oil (Judy) Chia
3.合成钻石的应用
目前，市场上的CVD金刚石产品有多种形态，包括：纯多晶金刚石厚片、涂层金刚石、大单晶金刚石和纳米金刚石膜。对于珠宝行业来说，合成钻石不得不说是把双刃剑：一方面，将合成钻石混入天然钻石首饰中生产和销售，会大大增加质检部门的检测难度，影响市场秩序，损害消费者利益；另一方面，合成金刚石粉末广泛用于玉雕行业，使得翡翠、和田玉等玉石的抛磨质量得到明显的提高。
除了用作珠宝，CVD合成钻石在激光、电子零部件、光学窗口和切割工具上发挥着重要的作用。高科技领域的应用是提高CVD合成技术的主要驱动力。
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