鉆石都能人工培育了？美國公司用溫室氣體造出“真”鉆石

• 2017年9月29日 lihuizhen來源：造就 760 45
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我們的工具可以在兩周內(nèi)培育出一顆鉆石……但我們鉆石中的原子跟宇宙一樣古老。

　　鉆石是地球上最古老的奢侈之物，而如今，一家初創(chuàng)企業(yè)只需兩周時間，就能在實驗室里創(chuàng)造出一顆鉆石。但Diamond Foundry公司能否在人工培育鉆石身上，再現(xiàn)天然鉆石的魅力呢?這樣培育出來的鉆石，價值幾許呢?

　　幾個世紀(jì)以來，人們?yōu)殚_采鉆石，可謂歷盡艱辛、不惜代價。從炙熱的納米布沙漠，到冰封的加拿大凍原，有死火山的地方，就有人們搜尋鉆石的身影。在那里，浴火重生的史前遺碳從地核中噴出，在人們的想象中占據(jù)了特殊的一席。

　　但如今，尋找鉆石已不用如此費力，也無需如此“骯臟”。

　　距舊金山國際機(jī)場不遠(yuǎn)處，有一條貌不驚人的街道，兩旁是低矮的物流與輕工業(yè)倉庫。正是在那兒一個窗明幾凈的房間里，我目睹了一塊鉆石的誕生。說親眼目睹有些夸張，因為那光線太過耀眼，令人無法直視。確切來說，鉆石是在一個反應(yīng)器內(nèi)部誕生的。這個反應(yīng)器跟數(shù)據(jù)中心那些成排的設(shè)備沒什么兩樣，只不過，它連接著一些輸送氣體和水的軟管。

　　一道幽靈般的藍(lán)光從一塊玻璃的邊緣透出。“你看到的是鉆石培育過程中釋放的光。”Diamond Foundry聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官杰里米·舒爾茲(Jeremy Scholz)說。該公司在實驗室生產(chǎn)鉆石，它被稱為“人工培育鉆石”。在反應(yīng)啟動之前，舒爾茲關(guān)閉了電腦屏幕，并告訴我不能使用手機(jī)。“含碳?xì)怏w通電后，就會像日光燈一樣發(fā)光?！?/p>

　　反應(yīng)室大小相當(dāng)于一個保齡球，開有圓形舷窗，以螺栓固定，看著就像儒勒·凡爾納(Jules Verne)小說中的潛艇。反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生的過程名為化學(xué)氣相沉積。按照舒爾茲的話，最通俗的解釋，就是“從氣體中培養(yǎng)出固體物質(zhì)”。

　　內(nèi)里放置一塊12毫米厚的薄板，又稱“鉆石種子”。它被暴露在各種化學(xué)物質(zhì)之中，其中包括氫氣和氣體形式的碳，給它們通電用的是高強(qiáng)度的磁放電，功率足以驅(qū)動18輪卡車，溫度比太陽還高。說起來，鉆石培育的過程與玩具店賣的“水晶DIY”套裝大同小異——這是從最寬泛的科學(xué)意義上來解釋。

　　“這些不是人造鉆石，它們不像人造纖維那樣是人造的。它們是真鉆，是培育出來的?！?/strong>

　　——Diamond Foundry公司CEO馬丁·羅斯柴森

　　就這樣，Diamond Foundry的一塊原石誕生了，它被放到我面前的會議桌上?！斑@些不是人造鉆石，它們不像人造纖維那樣是人造的，人造纖維與天然纖維屬于兩種不同的材料?！痹摴綜EO馬丁·羅斯柴森(Martin Roscheisen)說，“它們是真鉆，是培育出來的?！彼髦胪该鞯淖o(hù)目鏡，時而皺起額頭，同已故演員羅賓·威廉姆斯有幾分相像。

　　我接過他遞來的放大鏡，用一把鑷子撥弄起原石。想想它在理論上的價值，我越發(fā)覺得它微不足道。我用透鏡細(xì)看起來。終于，鉆石的光芒——帶點顆粒感，泛出一點黃光，逐漸進(jìn)入視線焦點。我根本沒有動心——在我眼里，它跟我女兒地質(zhì)工具箱里那些石塊沒什么兩樣。然而，等它經(jīng)過天然鉆石加工師的切割和拋光，便釋放出了鉆石獨有的璀璨光芒。此時，我已看不出它是人造的——其他人想必也看不出。

　　羅斯柴森是在德國長大的奧地利人。九十年代，他在斯坦福大學(xué)學(xué)習(xí)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)，同后來的谷歌創(chuàng)始人謝爾蓋·布林(Sergey Brin)和拉里·佩奇(Larry Page)是同學(xué)。他是一名連環(huán)創(chuàng)業(yè)者，參與過一系列獨角獸企業(yè)的創(chuàng)建，其中包括eGroups、TradingDynamis和FindLaw。后來，他又與人聯(lián)手創(chuàng)立Nanosolar，面向市場推出經(jīng)濟(jì)適用型的超薄太陽能電池板(厚度僅為傳統(tǒng)技術(shù)的十分之一左右)。

　　在Nanosolar時，羅斯柴森雇傭了舒爾茲，此前，舒爾茲在波音公司從事無人駕駛直升機(jī)的研制?！坝腥な怯腥?，但我想從事一項規(guī)模小一點、靈活一點的事業(yè)?！笔鏍柶澱f。羅斯柴森打趣說，他們在Nanosolar時，發(fā)明了“舒爾茲工程學(xué)”一詞，專指他搗鼓出大型復(fù)雜工具的能力。

　　Nanosolar于2013年倒閉，羅斯柴森將其歸咎于來自中國的低價競爭，以及成本高昂的可靠性測試。羅斯柴森和舒爾茲開始尋找新的項目。由于Nanosolar的很大一部分工作都涉及利用化學(xué)氣相沉積來制造太陽能電池板，于是，他們很快意識到，太陽能領(lǐng)域的這項技術(shù)突破可以應(yīng)用于鉆石培育，改進(jìn)原本笨拙的實驗室工藝，實現(xiàn)速度和工業(yè)效率的提升?！斑@個產(chǎn)業(yè)存在巨大的缺口——我們可以利用在硅谷的所有人脈，為其引入合適的技術(shù)?！笔鏍柶澱f。

　　2013年，這家新組建的公司開始運營。在兩年時間里，團(tuán)隊默默努力，不斷調(diào)整參數(shù)，試圖以全新的速度、質(zhì)量與效率，在實驗室內(nèi)培育出鉆石。他們希望將“實驗室培育鉆石”中的“實驗室”一詞去掉，將其變成工業(yè)產(chǎn)品。他們循序漸進(jìn)，先從工業(yè)設(shè)備中使用的褐色鉆石著手，這種鉆石的制造難度相對較低。鉆石培育出來后，他們所做的第一件事，就是帶到珠寶店去檢驗?！八f質(zhì)量不高?！笔鏍柶澔貞浧甬?dāng)時的情景。但最重要的是，珠寶商說，這是一顆質(zhì)量不高的鉆石。

　　2015年，Diamond Foundry開始進(jìn)入公眾的視線，吸引了Twitter前CEO埃文·威廉姆斯(Evan Williams)、里奧納多·迪卡普里奧(Leonardo DiCaprio)等投資人。羅斯柴森說，到目前為止，該公司已籌集資金“近1億美元”?！斑@是一項絕對綠色的生產(chǎn)工藝?！绷_斯柴森說，“我們消耗的是兩大溫室氣體，甲烷和二氧化碳，得到的是鉆石，副產(chǎn)物是氧氣和水?！?/p>

　　在實驗室培育鉆石，這一點也不新鮮，但Diamond Foundry認(rèn)為，技術(shù)的改進(jìn)，加之人們對鉆石開采中各種倫理道德的觀念轉(zhuǎn)變，為顛覆這個行業(yè)提供了機(jī)會?！拔覀兪巧莩奁妨闶垲I(lǐng)域增長最快的企業(yè)?！绷_斯柴森宣稱。他說，該公司的鉆石出現(xiàn)在Barneys等高端商店和Spence Diamonds等零售商的貨柜上，后者自稱提供“既具有社會責(zé)任感、又璀璨驚艷”的手工寶石。

　　現(xiàn)在的消費者能接受實驗室培育出的鉆戒作為他們的訂婚戒指嗎?也許吧。

　　盡管實驗室培育鉆石只占每年總產(chǎn)值的不到1%，但變化已開始顯現(xiàn)：2016年，美國最大的珠寶生產(chǎn)商Stuller也加入了國際培育鉆石協(xié)會。然而對Diamond Foundry來說，真正的獎賞或許并不是永恒的愛情，而是摩爾定律——別忘了，這畢竟是硅谷。

　　一直以來，人們都在嘗試制造鉆石，但與其說是為了裝飾，不如說是出于工業(yè)需要。1955年，美國物理化學(xué)家H.特雷西·霍爾(H Tracy Hall)在供職于通用電氣的超壓計劃時，使用一個斥巨資定制的大型壓機(jī)，造出了第一批人造鉆石?！拔业氖珠_始顫抖;心臟加速跳動?！被魻枌懙?，“幾十顆微型……晶體在我眼前閃閃發(fā)光?！?/p>

　　杜克大學(xué)電氣、計算機(jī)工程與材料學(xué)系的杰夫·格拉斯(Jeff Glass)教授說，高壓和高溫“模擬了地底的環(huán)境。你要做的就是盡可能地擠壓碳。”只要擁有合適的技術(shù)手段，外加一點運氣，它就能重新結(jié)晶，成為鉆石。不過，這不但費時費力，成本高昂，而且會留下一個爛攤子。

　　1965年，凱斯西儲大學(xué)的研究人員約翰·C.安格斯(John C Angus)開始用化學(xué)氣相沉積法，制造鉆石——后來，這種工藝得到蘇聯(lián)和日本實驗室的改進(jìn)。80年代，格拉斯加入了美國第一批研究人工鉆石生產(chǎn)的大學(xué)項目之一?！捌鋵嵤且驗椴桓事浜蟆！彼f，有關(guān)人造鉆石的傳言引來了美國政府的興趣(以及資金)?！斑@是真的嗎?我們不想被人甩到后頭。”

　　在稀缺性、市場營銷和璀璨外觀的驅(qū)使之下，鉆石成為了人們夢寐以求的奢侈之物。但與此同時，它又是地球上用途最廣的材料之一?！八哪苣土钊梭@嘆，集各種截然不同的屬性于一身?！备窭拐f，“這一種材料能頂幾十種不同的材料?！便@石的硬度極大，做鉆頭再好不過，能做手術(shù)，也能切割馬路。此外，碳的生物相容性使之能充當(dāng)醫(yī)療植入物。

　　鉆石也可以做半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體晶片的制造過程，其實就是向一個化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室內(nèi)添加硅。鉆石的耐熱性遠(yuǎn)勝于硅——隨著電子設(shè)備的性能日益強(qiáng)大，鉆石就成了理想的材料。在一些實驗中，鉆石半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力達(dá)到了硅的100萬倍。

　　“它的能耐令人驚嘆……這一種材料能頂幾十種不同的材料?！?/strong>

　　——杜克大學(xué)教授杰夫·格拉斯

　　正如Diamond Foundary首席科學(xué)官詹姆斯·巴特勒(James Butler)所言，“鉆石的導(dǎo)熱性是銅的五倍，同時卻又是電絕緣體?！敝灰纯凑谘邪l(fā)中的鉆石的各種用途，作家尼爾·斯蒂芬森(Neal Stephensen)的先見之明就開始顯現(xiàn)：在他1995年的著作《鉆石時代》(The Diamond Age)中，鉆石被大量制造出來，以至于后來，它變得比玻璃還要廉價。

　　那么，化學(xué)氣相沉積到底是怎樣一種過程呢?要制造鉆石，需要給氣體通電，格拉斯稱之為“氣相的激發(fā)”。這樣做的方法有很多?！盎瘜W(xué)氣相沉積就好比是用微波爐、燈泡和焊槍為工具，制造出一顆鉆石?！彼f，他曾用乙炔焊槍制造過鉆石。

　　不過，這個過程絕不簡單。格拉斯說，化學(xué)氣相沉積就是“試圖控制一個氣相反應(yīng)，使一切協(xié)調(diào)一致，從而在某個表面上形成固體”——此處的固體就是最原始的鉆石“種子”(鉆石培育出來后，它將被剝離并重新利用)。這個過程需要極高的能量密度，而且極不穩(wěn)定。舒爾茲指出，這些電能若是管理不慎，就會侵蝕反應(yīng)室內(nèi)壁，或者破壞正在制造的鉆石。羅斯柴森曾經(jīng)問過這樣一個問題：“沒有閃電，怎能從云層中捕獲電力?”舒爾茲偏偏就能跳過電閃雷鳴，直接捕獲電能。

　　如何給鉆石估價?

　　重量

　　要計算一顆鉆石的價值，就得考慮鉆石的重量。

　　清澈度

　　在10倍放大鏡下，觀察鉆石的內(nèi)部瑕疵。

　　色澤

　　參照比色石，對色澤進(jìn)行分級。

　　切割

　　對照一組標(biāo)準(zhǔn)，衡量鉆石的切割角度及長度比例。

　　高能激發(fā)會產(chǎn)生一場原子雨。這些原子會附著到已有的鉆石種子的表面。就像“俄羅斯方塊”游戲一樣，落下的原子必須與已有的結(jié)構(gòu)咬合。但凡化學(xué)構(gòu)成和計算稍有偏差，或是速度快了一點，原子就會跑偏。有時，分子還會游蕩開來，弄臟反應(yīng)室。你得到的可能是一種多晶體結(jié)構(gòu)(就好比堆得歪歪斜斜的俄羅斯方塊)。

　　“你甚至可能培育出石墨，或是其他形式的碳，比如球殼狀碳分子?！备窭拐f。他還表示，哪怕是一星半點的雜質(zhì)，也會“破壞最終結(jié)果的光學(xué)性質(zhì)”。很多早期的實驗室制品就含有天然鉆石中不具備的元素，比如金屬夾雜物。舒爾茲說，“這樣的話，磁鐵就可以吸走你的鉆石?！?/p>

　　實驗室培育鉆石的工藝和科學(xué)已經(jīng)非常先進(jìn)，“我們已經(jīng)能夠培育出比天然鉆石更完美的鉆石”，巴特勒說。對普通人，乃至普通珠寶商來說，這兩種鉆石的外形十分相似(Diamond Foundry的鉆石都帶有激光刻字，以區(qū)別于天然鉆石。)它們的不同之處在于，天然鉆石會帶有開采地特有的微量雜質(zhì)，而這些成分只有在先進(jìn)的光譜儀下才會顯現(xiàn)出來。

　　巴特勒指出，天然鉆石就如同雪花，每一顆都獨一無二。這適合珠寶，但不適合電子設(shè)備?！氨热?，iPhone要采用某個鉆石裝置，你肯定想要幾百萬個同樣的裝置。要是靠開采，你去哪兒找100萬顆一模一樣的鉆石呢?”

　　80年代，巴特勒供職于美國海軍的一個實驗室，他很快就進(jìn)入了“化學(xué)氣相沉積”鉆石行當(dāng)，開始為Apollo等影響甚廣的實驗室培育鉆石公司服務(wù)(Apollo后來破產(chǎn))。他說，之所以加入Diamond Foundry是因為，他相信該公司即將“突破現(xiàn)有技術(shù)”。“當(dāng)初要是沒有那些融資、營銷、品牌打造等等，這種技術(shù)本身是不會成功的。”換言之，他認(rèn)為，這種顛覆性的鉆石、硅的潛在代替者，還需要一點硅谷魔法的幫助。

　　大衛(wèi)·艾倫·威格韋瑟(David Alan Wegweiser)的工作室距紐約“鉆石區(qū)”(譯注：美國珠寶交易的聚集區(qū))僅有幾個街區(qū)。他的“大衛(wèi)·艾倫珠寶”品牌專門提供珠寶定制服務(wù)。鉆石在他的作品中舉足輕重。他曾給人當(dāng)學(xué)徒，清潔工作臺和工具。在他自立門戶之前，就開始為鉆石交易商設(shè)計獨一無二的商品。

　　一天，一位客戶拿著一顆非同尋常的寶石來找他?！?0克拉的緬甸藍(lán)寶石，不曾經(jīng)過熱處理，美輪美奐。他為此花了10萬美元。我們給他打了一枚戒指?！蓖耥f瑟說。一個月后，“他又拿來一顆寶石，不比上回的差，這讓我大吃一驚?！彼朐僮鲆幻锻瑯拥慕渲?。仔細(xì)查看后，威格韋瑟意識到，這顆藍(lán)寶石是人造的。原來，這位客戶“想戴著這一顆，而把真貨放進(jìn)保險箱?！?/p>

　　“我們的工具可以在兩周內(nèi)培育出一顆鉆石……但我們鉆石中的原子跟宇宙一樣古老?！?/strong>

　　——Diamond Foundry公司CEO馬丁·羅斯柴森

　　這個故事揭示了寶石的一種奇特本質(zhì)。雖然那位客戶樂意在人前佩戴人造寶石——因為常人無法辨別人造與天然——但私底下，她依然愿意擁有天然藍(lán)寶石，享受它帶來的滿足感。

　　一直以來，鉆石生產(chǎn)商都試圖強(qiáng)調(diào)鉆石的獨特性(最近的一句宣傳語是“真品皆稀有”)和它久遠(yuǎn)的地質(zhì)年代。鉆石行業(yè)分析師保羅·齊尼斯基(Paul Zimnisky)談到，“多數(shù)天然鉆石都形成于10億年前——那是你能擁有的最古老的物品之一——而且，它又是非可再生資源;在你心目中，這是存在某種有形價值的?！?/p>

　　對于這種說法，羅斯柴森并不陌生，他很快就反駁道：“我們的工具可以在兩周內(nèi)培育出一顆鉆石?！比藗兺ǔ５姆磻?yīng)是：“這么快?”這時，他會解釋說，鉆石在地球內(nèi)部形成時，也就需要這么點時間。

　　“然后，它們就在地底下躺了10億年?！彼χf，“但我們鉆石中的原子跟宇宙一樣古老?！?/p>

　　但這也引出了一個問題：如果賣點不在久遠(yuǎn)的地質(zhì)年代，也不在舉世無雙的特性，那么，實驗室培育鉆石的賣點究竟在哪兒呢?低廉的價格嗎?

　　“除了超大號的鉆石，我們對普通鉆石的定價是非常有競爭力的?！绷_斯柴森說，“一般比網(wǎng)上賣的那些便宜7%-10%?！?/p>

　　羅斯柴森還表示，他們公司直接對客戶銷售，免去了中間商。他也指出，相比起天然鉆石的開采，Diamond Foundry的產(chǎn)品更難實現(xiàn)規(guī)?；Ｋf，“我們的鉆石比眼下任何天然鉆石都要稀有?！?/p>

　　齊尼斯基指出，天然鉆石一直是一種“韋伯倫商品”(又稱炫耀性消費品)，有著奇特的供需關(guān)系?！笆袌鰧Ξa(chǎn)品的需求需要特定的價格來維持?！彼忉屨f，為此，你必須打造蒂芙尼(Tiffany & Co)或是海瑞·溫斯頓(Harry Winston)那樣的品牌。這正是Diamond Foundry努力在做的，它采用了兩種方式，其一是強(qiáng)調(diào)其產(chǎn)品為真鉆——化學(xué)、晶體學(xué)、本體論意義上的真鉆——而不是簡單地給方晶鋯石等材料涂上高科技的光澤。

　　其次是推廣“鉆石2.0”概念——天然鉆石的美麗與璀璨，它都不缺，同時，又不必憂心環(huán)境污染、政治腐敗或是勞動力剝削等問題。這就需要一群有些特別、乃至非同尋常的顧客：他們要足夠關(guān)心社會價值，同時對于真鉆的定義，要求還不能太高。

　　在這一切的上方，還游蕩著鉆石半導(dǎo)體的幽靈，它的存在顛覆了鉆石的價值問題。“在更高性能的電子應(yīng)用中，大多數(shù)人手上戴的鉆石都一無是處?！卑吞乩照f。我問羅斯柴森，隨著生產(chǎn)效率的提高，鉆石有沒有變成大路貨的希望——或者說是危險?

　　他說，“如果一種材料能使iPhone提速1000倍，那我敢保證，這種材料用在手機(jī)上要比用作珠寶值當(dāng)?shù)枚??！?/p>