드비어스의 합성 다이아몬드 판매: 다이아몬드 제조 방법은 다음과 같습니다.

Aug 04, 2023

애버리스트위스 대학교 재료 물리학 교수

Andrew Evans는 EPSRC, EU(WEFO) 및 Element Six로부터 자금을 지원받습니다.

Aberystwyth University는 The Conversation UK의 회원으로서 자금을 제공합니다.

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세계 최대 다이아몬드 회사인 드비어스(De Beers)는 최근 130년 역사상 처음으로 합성 다이아몬드 원석 판매를 시작할 것이라고 발표했습니다. 인공 다이아몬드는 1950년대부터 제조되었지만 드비어스는 오랫동안 합성 시장으로의 진출을 거부해 왔습니다. 이제 회사는 최고의 보석 품질을 지닌 합성 다이아몬드를 대량으로 생산할 수 있을 만큼 기술이 효율적이라고 믿습니다. 이 프로세스는 정확히 어떻게 작동합니까?

다이아몬드는 다른 어떤 보석과도 비교할 수 없을 정도로 빛나는 투명한 보석으로 높은 평가를 받고 있습니다. 또한 모든 재료 중에서 가장 단단한 재료 중 하나이며 만졌을 때 차갑게 느껴집니다. 이러한 놀라운 속성은 모두 다이아몬드 결정 내부의 완벽하게 규칙적인 원자 배열에 달려 있으며, 이 모든 원자는 정확히 동일합니다. 즉, 탄소입니다.

잘못된 위치에 있는 원자, 누락된 원자 또는 다른 원소의 원자 등 이 배열의 작은 결함은 다이아몬드 색상에 큰 변화를 가져올 수 있습니다. 예를 들어, 10,000개 중 하나의 탄소 원자를 질소 원자로 대체하면 투명한 보석이 갈색으로 변합니다.

이 완벽한 결정체에 탄소 원자를 배열하는 것은 쉽지 않으며 지구 표면에서는 자연적으로 일어날 수 없습니다. 왜냐하면 이곳의 탄소는 우리가 연필 심에 사용하는 연한 검정색 물질인 흑연 결정을 형성하는 것을 선호하기 때문입니다. 이러한 환경에서 탄소 원자는 서로보다 산소와 수소 같은 다른 원자에 더 쉽게 부착되는 경향이 있습니다. 이는 순수한 흑연 결정을 만드는 것조차 어렵다는 것을 의미한다.

천연 다이아몬드는 지구 깊숙한 곳에서 만들어지며, 아주 드물게 적절한 온도와 압력에서 적절한 성분이 함께 모여 수백만 년에 걸쳐 표면으로 운반됩니다. 최초의 인공 다이아몬드는 이러한 조건을 거대한 기계에 복제하여 실험실에서 만들어졌으며 오늘날에도 산업용 절단 도구용 소형 다이아몬드가 만들어지는 방식입니다.

메탄을 이용해 탄소 원자를 한 층씩 성장시켜 고품질의 인공 다이아몬드 결정체를 만드는 것도 가능하다. 이는 고온 플라즈마를 사용하여 초청정 용기의 메탄 분자에서 수소를 제거함으로써 수행됩니다. 그런 다음 모든 탄소는 흑연, 그래핀 또는 벅민스터 풀러렌과 같은 다른 많은 유형의 탄소 중 하나로 성장하기보다는 강제로 다이아몬드 결정으로 성장합니다(물론 이러한 매우 다른 재료의 조합을 성장시키고 싶지 않은 경우).

문제는 화학기상증착(CVD)으로 알려진 이 공정을 비용 효율적으로 만드는 것입니다. 드비어스는 이제 이 지점에 도달했다고 믿고 있으며 영국 Ascot 시설과 미국의 새로운 다이아몬드 공장에서 생산을 확장할 계획입니다.

이러한 결정의 순도를 제어하면 다이아몬드를 사용할 수 있는 새로운 기회가 열립니다. 예를 들어, 각 원자 불순물을 결정 내 이웃 원자의 간섭 없이 단일 빛 입자를 생성하는 작은 토치로 사용할 수 있습니다. 이것은 특별한 "양자" 컴퓨터에 대한 단일 정보 비트를 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 귀중한 딥블루 또는 블랙 다이아몬드를 생산할 뿐만 아니라 붕소의 불순물은 전기를 전도하는 다이아몬드를 만드는 데 사용되어 우주와 같은 극한 조건에서 실리콘이나 금속의 대체 재료를 제공합니다.

각각의 천연 다이아몬드는 그 독특한 역사에 대한 단서를 담고 있으며, 최신 장비로 검사함으로써 그 기원을 밝힐 수 있습니다. 인공 다이아몬드 역시 이러한 정보를 전달하며, 자외선에서 빛나는 방식의 차이는 천연 보석과 합성 보석을 구별하는 데 정기적으로 사용됩니다. 따라서 다이아몬드의 완벽함을 인간의 눈으로 의심할 수 없더라도 다이아몬드의 작은 결함은 항상 숨겨진 역사와 개성을 드러내기 위해 존재합니다.