合成鑽石難辨真假
"新的合成方法，使合成鑽石與天然鑽石越來越接近了。"
撰文╱菲謝蒂（Mark Fischetti）
翻譯／王季蘭
消費者現在已經愈來愈不能分辨合成鑽石和「真的石頭」之間的差別了。自1950年代開始，科學家就已能在高溫高壓的環境下，把碳原子放置到天然或合成的微小鑽石晶種表面，來「培植」人工鑽石；但珠寶商仍能用放大鏡發現到表面的瑕疵。然而，一種能更精細控制晶種周圍溫度梯度的方法，正逐漸去除這種遮掩不了的瑕疵。
這個合成方法是讓晶種慢慢增長，以避免合成過程所需的金屬原子掉入正在生長的鑽石內，造成顯而易見的雜質。要利用這個方法合成一克拉大小的鑽石，須耗時一個星期。因為雜質並不會影響鑽石的硬度，所以工業上用來做切割的鑽石，合成的時間可以較短。工具用的複晶鑽石塗層，則是使用化學氣相沉積法製造的。
最早的帶狀壓合機是利用活塞來擠壓晶種。至今仍有兩家工業合成鑽石的龍頭製造商在使用這種方法，一家是奇異公司，另一家是天然鑽石王國戴比爾斯，但這兩者都不是合成寶石的零售商。據報導，俄羅斯的物理學家已經製造出一台球面壓合機，能有效控制沉積作用，使寶石的增長更快更純淨，然而細節部份屬於專利，無法對外透露。一家在美國弗羅里達州沙拉索達市新成立的公司「寶石之道」，最近聘請了幾位俄羅斯的「煉金術士」，打算每一年要製造出幾千顆合成寶石。
這樣的寶石競賽，使得檢驗實驗室必須發明更精密的儀器以預防合成寶石魚目混珠。美國麻州的愛達瑪斯寶石學實驗室已研發出一台分光光度計，可發出全光譜的光，穿透寶石後，偵測被氮原子簇吸收的特定波長；氮原子在天然寶石中相當常見，卻是合成寶石所沒有的。其他儀器則是檢測寶石在雷射照射之下發出的冷光。
鑽石商擔心，隨處可見的高品質合成鑽，可能會磨蝕消費者對天然寶石的信心，但是，倘若合成鑽石和真鑽一模一樣、一顆顆原子都各就各位的話，它難道不是真的鑽石嗎？讀者何不試用以上的邏輯來想想情人節當天的情況：「親愛的，這顆鑽石代表我對你的愛。我是在特力屋買的，就在電動工具那一區隔壁。」
你知道嗎？
◆的確是立體派：等軸晶系的鋯石「寶石」是第一種成功合成出來的仿鑽，但它們不會被當做合成鑽石，因為它們不是碳。其方法是讓氧化鋯粉末在正常的大氣壓力、2400℃的高溫之中，與其他化合物如氧化鈣或氧化鎂熔融，冷卻後便會形成結晶。利用簡單的熱偵測器便可以分辨出這種幾可亂真的「寶石」。
◆變形的價格：許多鑽石其實都不是純碳。鑽石的某些特定結晶位置，若被其他原子佔據，便會使鑽石呈現另一種顏色；例如氮會使鑽石呈現黃色，硼則是藍色。大約有1%的鑽石是不含氮的，但是它們可能會因為晶體變形的緣故，而呈現褐色。若是把這些寶石在60000大氣壓和2500℃的環境下，放到合成鑽石的機器中壓合，基本上可以把變形的結晶面拉長，幾分鐘之內，便能產生一顆完美無瑕的寶石。一顆幾百美元就可買到的「褐寶石」，在淨化之後身價會高漲到一萬美元；比起從晶種去合成鑽石所需的昂貴成本，這或許有效益多了。
◆壓合鑽石鼻祖：據說瑞典斯德哥爾摩ASEA實驗室的馮普拉登在1953年即製造了第一顆合成鑽石，但是他並未對外發表結果。1955年，由霍爾領軍的奇異公司研究小組，成為歷史上首次把碳變成鑽石的團隊。目前，霍爾和他的兒子大衛在美國猶他州的普洛伏主持一家名為「諾瓦提克」的公司，專門生產製造合成鑽石的壓合機。
合成鑽石的溫床
鑽石壓合機是利用水壓活塞擠壓一個特殊容器內的鑽石晶種，其壓力高達55000大氣壓（每平方公分約57公噸重）；同時電流會將容器加熱到1400℃或更高的溫度。
在製作的過程中，小容器內的鑽石粉末會通過熔融的鐵鎳混合層向下擴散。這些鑽石粉末會在熔融的金屬中溶解，然後碳原子就一次一個地凝結在下方溫度比較低的晶種上，就像煙霧般的水蒸氣會凝結在較冷的玻璃上形成小水珠一樣。合成鑽石的晶種是一粒天然或合成的微小鑽石碎片，這粒晶種會在一星期後長成一克拉鑽石。若是壓力不夠，這些碳原子便會形成石墨。
鑽石的結晶結構
天然鑽石（圖左）的結晶結構是八面體，若將鑽石置於紫外光之下照射，使之發出螢光，即可看出。合成鑽石（圖右）則具有立方體結構，也可以從螢光看出。
