今年年初，國內各地文旅局花式整活，許多地方隱秘“土特產”闖入了大眾的視野。河南洛陽更是出手驚人，大手筆地給游客們贈送鑽石，最大的足足有1克拉，一天內發了100顆。

一時間，網友們小小的腦袋，大大的問號——河南不是農業大省嗎？它的特產什麼時候變成鑽石了？

其實，河南不僅種農作物有一手，“種鑽石”也有些年頭了，全球80%的人造鑽石都來自河南，尤其以商丘市柘城縣最為集中。

人工培育的鑽石，是真的鑽石嗎？

“鑽石恆久遠，一顆永流傳。”這是大家最耳熟能詳的鑽石廣告，也被視為20世紀最成功的廣告。因為光彩奪目，又和愛情和婚姻緊緊捆綁，鑽石雖然價格昂貴，卻一直活躍在大家的目光中。

那如果鑽石既能依舊閃耀，價格又遠低於現在的價位，是不是非常理想？這時候，就需要人工培育鑽石登場了。

培育鑽石的英文名是“lab grown diamond”，直譯過來是實驗室裡培育出來的人工鑽石。

它們到底是不是真的鑽石？當然是！

鑽石是寶石級別的金剛石，成分是近乎純的碳，是石墨等碳物質的同素異形體。在鑽石晶體內部，每個碳原子都與周圍的四個碳原子緊密結合，形成一種在其他礦物中都不曾見到的特殊三維結構，正是這種致密結構使得鑽石成為自然界最堅硬的礦物。

培育鑽石和天然鑽石一樣，都是純碳原子構成的晶體，二者的晶體結構、物理性質、化學性質、光學性質本質上沒有區別。有專家生動地形容這二者，“天然和人工的區別，就好比河流裡的冰跟冰箱裡的冰的區別。”

人工培育鑽石，是可以得到鑽石行業三大鑒定機構發放証書的，足見它的真鑽地位得到了官方認可。2018年，美國聯邦貿易委員會對鑽石定義進行了調整，首次把培育鑽石歸到了鑽石的大類。

鑽石到底是怎麼種出來的？

天然鑽石埋藏在地球深處。它是含碳礦物和一定比例的鐵族金屬，在無氧環境中，900℃~1300℃的高溫和45~60千帕的高壓下，經過數億年才能形成。

天然鑽石形成時間漫長，獲取成本高昂。而人工培育的鑽石，隻需要數周，甚至幾天時間即可生成寶石級的鑽石。

目前，培育鑽石的方法主要有兩種：一是高溫高壓技術（High Temperature and High Pressure，HPHT）﹔二是化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。

高溫高壓技術，是中國的主流鑽石培植技術，尤其集中在河南，主要儀器是六面頂壓機。其合成經過是，將包裹有石墨粉、鑽石晶種和金屬觸媒的石墨柱，放入超高溫、高壓的反應倉內，石墨粉經過金屬觸媒粉催化，在晶種上結晶。鑽石以晶種為中心慢慢長大，一周左右即可生成，最后經過打磨，切割，變成閃亮的新鑽石。

化學氣相沉積技術，目前是歐美國家主要使用的方法。它的基本經過是：在高溫、低壓的真空環境下，把鑽石晶種、含碳氣體一起放入反應倉內，分解出氣體中的活性碳原子，並通過控制生長條件，使活性碳原子均勻地沉積到天然鑽石薄片上，形成新的鑽石。兩周后，鑽石薄片可以有原來的十倍大。這些被石墨包裹的鑽石很粗糙，需要用激光進行修整切割，再拋光，然后就是一顆顆閃閃發亮的鑽石了。

兩種培育方法各有利弊，核心技術在於原料配比、生產工藝以及機器。CVD法培育的鑽石，培育周期長，成本較高，顏色不易控制，但純淨度高 ，較適宜5克拉以上培育鑽石合成。HPHT法培育的鑽石，生長速度快，成本低，但純淨度稍差，且無法培育較大的鑽石晶體，適合批量生產1~5克拉的鑽石毛石。

目前，中國、印度、美國分別主導培育鑽石生產、加工、零售市場。

河南為什麼能大量種起了鑽石？

鑽石的原石——金剛石起先最重要的作用，不是欣賞，而是用於機械加工。

上世紀五十年代，一些歐美國家成功通過高溫高壓法、化學氣相沉積法等方法成功合成了人工金剛石。

同一時期，新中國為了發展制造業，開始在全國選址興建砂輪廠，批量制造磨具。因河南鞏義發現了大型鋁礬土礦，中國第二砂輪制造廠最終落地於鄭州。這個砂輪廠以及廠內的鄭州三磨所（磨料磨具磨削研究所），就是之后中國超硬材料的“黃埔軍校”。

制作磨料磨具需要的核心材料是金剛石。當時中國的金剛石依賴進口，想要加快工業化發展，中國必須研發自己的人造金剛石。

帶著這樣的歷史使命，1960年，鄭州三磨所承接了這個國家研究課題。1963年，中國終於成功研制出本國的第一顆人造金剛石，是繼美國、蘇聯等國之后的第五個國家。但是，有了人造金剛石還不夠，想要量產，就必須有制造金剛石的機器。

1965年，鄭州三磨所和濟南鑄造鍛壓機械研究所一起攻關，最終研發出了我國第一台六面頂壓機。六面頂壓機的生產效率，是國外兩面頂壓機的20倍。隨著這台“功勛壓機”的問世，鄭州開始成為磨具磨料中心，培養了許多技術人才，奠定了河南在超硬材料的領先地位。中國也由此，開始成為超硬材料的中心，從進口國成為出口國。據統計，河南超硬材料現有規上企業約300家，上市公司7家。

技術人員在探討生產工藝。圖片來源：新華社記者 楊靜 攝

隨著技術的提高，用六面頂壓機培育的金剛石，純度越來越高，很容易達到寶石級別的鑽石標准。如今，河南柘城縣已經成為中國的“人造鑽石之都”，誕生了很多相關的知名企業。

性價比高的人工培育鑽石，市場買不買單？

目前，市場上寶石級別的天然鑽石，1克拉售價約2萬起步。雖然開採成本高是一個因素，但價格居高不下的主要原因，還是鑽石資源的壟斷。有數據顯示，世界上的鑽石資源有 70%掌握在五大鑽石制造商手中。他們制定著整個行業的游戲規則，擁有絕對的定價權。

但隨著人工培育鑽石工藝的提高，人造鑽石的品質已經可以與天然鑽石媲美，且成本據說隻有天然鑽石的10%左右。如此大的利潤空間，甚至吸引了像戴比爾斯、施華洛世奇等傳統珠寶巨頭紛紛開始布局人造鑽石市場，LVMH和GUCCI這類奢侈品牌也開始投資相關項目。

對於收藏級別的鑽石而言，天然和稀缺性是價值的關鍵，但作為普通生活中佩戴的飾品而言，人造鑽石因其極高的性價比，逐漸被消費者認知，市場前景廣闊。

消費者在選購人造金剛石飾品。圖片來源：新華社記者 楊靜 攝

很多人關心，戴培育鑽石能不能被人看出來？肉眼完全看不出來，無論是從火彩、淨度、顏色，它都和真鑽一樣，隻有通過大型儀器，檢測二者的光譜才能識別出不同。隨著培育鑽石工業化的發展，人工鑽石的價格還將有所降低。

除了作為寶石觀賞，人工培育鑽石有更廣闊前景

看起來隻能當藝術品的美麗鑽石，其實在工業領域運用非常廣泛，更是被稱為“工業牙齒”。

因為具有極高的硬度，鑽石長期被使用在小到玻璃切割、手工研磨、機床工具，大到石油與天然氣鑽井、地質勘探、煤炭及礦物採掘、新能源等生產領域。

除此之外，鑽石本身化學性質穩定，耐受酸性和鹼性，還有極高的導熱性，被視為是比“硅”更環保，更高效，更理想的終極半導體材料。

當前，市面上絕大部分的半導體材料使用的是硅。但硅有一些弱點——容易發熱，且冷卻效率低下，還是電子垃圾的主要來源。而鑽石則完全沒有這些問題。鑽石半導體能夠提高功率密度，還可以制造出更快、更輕、更簡單的設備。人工培育鑽石未來很重要的一個布局是，在光學、熱學及半導體研究上得到應用。

作者：科普創作者阿墩 

審核：國家自然博物館副研究館員高源 

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