我们都知道，小朋友的世界充满各种奇思妙想：糖果做的房子、巧克力河、棉花糖的云......除此之外，还会天真的认为土地很神奇，只要种下自己想要的东西，来年一定会收获好多好多果实，也许是玩具，也有可能是“珠宝首饰”。长大了会知道这都是自己的想象，我们种不出玩具，但现在或许能够“种出”钻石。


近日，在中国科学院宁波材料技术与工程研究所（以下简称宁波材料所）科技创新创业汇报会上，大批“典型科研成果”揭晓。其中，在实验室里，仅需一周时间就能培育出1克拉大小钻石的技术，备受各方关注。


正所谓“钻石恒久远，一颗永流传”。提到钻石，相信大家都不陌生，小小一颗“价值连城”。事实上，钻石的原身是金刚石，是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体，是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石的用途其实非常广泛，但更为大众熟知的是作为宝石镶嵌在各种首饰上的它。


金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800℃，在空气中为850~1000℃，而且不导电。我们目前所使用开发的金刚石形成年代都在20亿至30亿年前，在南非地区发现的一些钻石的年龄甚至达到了45亿年左右。由此可知，钻石的形成十分不易，那中科院实验室种出的钻石又是什么情况呢？


实验室培育钻石的制作方法主要分为高温高压法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)两种。其中，后者因为没有触媒的参与，做出的钻石纯度、净度都特别高，目前占据了宝石级实验室培育钻石市场的较大份额。根据央视报道，中科院正是在CVD领域取得了技术突破。而培育钻石的过程就像种粮食，需要“种子”与“养料”，一颗小小的天然钻石就是“种子”。


中科院海洋新材料与应用技术重点实验室副主任李赫介绍：首先要有一个天然钻石的籽晶片，还需要用到甲烷气体，甲烷在能量作用下，形成一个碳的等离子体，这个等离子体就像灰尘一样，在空气中，慢慢地一点一滴地沉积到金刚石的籽晶片上去。


据专家介绍，从甲烷气体中分裂出的碳原子沉积到“种子钻石”上，“种子钻石”以每小时0.007毫米的速度“生长”，在实验室环境下，一星期就可以“培育”出一颗1克拉大小的钻石，其硬度、纯净度都可以与天然钻石媲美，但价格却只有天然钻石的六分之一。


由于天然钻石较为稀有，价格也非常高昂，而随着培育钻石的问世，珠宝钻石的消费前景又将如何变化呢?


在培育钻石领域，中国已经成为全球最大的原料生产国，2018年中国宝石级培育钻石产量达到130万克拉，产量占据全球总量的90%以上。


团队负责人江南表示，经过多年的装备技术攻关和工艺改进，由他牵头创立的宁波晶钻工业科技有限公司目前已拥有世界第4条、国内首条自主研发设计的克拉级CVD大块单晶金刚石生产线，创造了国产设备CVD单晶金刚石工业化生产的多个第一。“我们的生产规模也是国内最大的，国际国内订单都是爆发式增长。”


“金刚石由于其特殊的晶体结构，一直被公认为终极的半导体材料。尤其大尺寸高品质单晶金刚石，更是光电器件、高频半导体元器件研发制造所必需的。”江南介绍，物理性质、晶体结构与天然钻石一样，价格却要便宜得多，人工培育钻石已显示出巨大的市场潜力。这几年，他和团队承担了从国家到地方的不少光电器件相关科研专项。“从装备和工艺入手，为单晶金刚石真正实现国产化生产继续努力。”


而在市场方面，与天然钻石相比，培育钻石更环保，价格也比天然钻石便宜30%-40%。巨大的竞争优势推动市场进入高速成长期。摩根士丹利预估，目前培育钻石仅占全球钻石市场的1%，销售额约在7500万到两亿美元之间，到2020年市场占有率可能增长到20%。


民意调查结果显示，68％的受访者不认为人造钻石是“真正的钻石”。但奢侈品牌研究公司MVI市场公司的一份研究表明，70%的千禧一代表示在购买珠宝首饰时会考虑培育钻石首饰。


科技进步改变了整个钻石产业格局。培育钻石产业是中国珠宝行业中的一个新兴产业，培育钻石产业发展的定位就是以新消费人群为目标，满足千禧一代、Z世代等广大消费群体小而精的个性化配饰需求为导向，进行全球化输出，精抓产业发展新契机。


当然，除了可以制成各类钻石饰品外，这项人造钻石培育技术还可用于制造激光、雷达等领域的精密仪器。采用这种新材料制造的手术刀，会更锋利，使用寿命更长。现在国家的技术越来越强大，为国家点赞为祖国骄傲。更多资讯或生化试剂耗材购买欢迎关注益择网（www.51select.com）

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