頭髮鑽石

頭髮鑽石，以名取義，即以頭髮作為碳源的合成鑽石，屬於寶石級生物碳源合成鑽石的一種。

從生物材質提取碳源做成鑽石這項技術最早由一家美國公司在2003年提交專利申請，並於2007年進行了公告（美國專利號：US7255743B2）。

基本介紹

• 中文名：頭髮鑽石
• 外文名：Hair Diamond
• 別名：結髮鑽石，毛髮鑽石，生命鑽石
• 含義：以人類頭髮或動物毛髮作為基礎碳源而進行合成製作的人工鑽石

核心區別

普通合成鑽石

最早自20世紀50年代起，合成鑽石就開始生產用於工業用途，在電信、雷射光學等領域中得以廣泛套用，還可用作研磨材料。但直到 1970 年，美國通用電氣的研究員才製成了第一顆寶石級合成鑽石。

20 世紀 80 年代中期，製造商開始商業化規模生產寶石級合成鑽石。當時的合成鑽石几乎都很小，呈黃色或褐色，但在後來的數十年里，合成鑽石的品質不斷提高。如今，合成鑽石在外觀上可以與高品質天然鑽石媲美。

截止2017年，中國的人工鑽石產能，已連續十多年穩居世界首位，占全球總產量的90%以上。中國每年生產大約100億克拉用於工業領域的鑽石，但國際珠寶用途的人工鑽石供應截止2020每年僅有幾百萬克拉。

生物碳源合成鑽石

在合成鑽石誕生長達五十年之後，生物碳源合成鑽石最早才於2001年被發明出來，這種技術的核心在於合成鑽石所使用的碳源來自於生物體而不是普通石墨，其技術本質並不是鑽石合成而是生物碳源的提純，其技術難點不屬於晶體學而是高級化學工藝。

檢測檢驗

所有第三方機構的檢驗檢測能力只能夠基於鑽石的晶體特徵來進行分辨，而無法對合成鑽石的碳源進行識別。在製備合成鑽石的過程中，由於生物碳源轉化為高純度石墨溫度高達1000攝氏度以上，DNA結構早已被破壞、生物特徵早已消失，生物碳源合成鑽石和普通合成鑽石無論從外觀還是進行專業檢測，都無法作出區分。

製作過程

原料採集

首先，製作頭髮鑽石必須採集到足量的碳元素作為原料。頭髮的主要成分是蛋白質，其整體化學成分是45%的碳(C)、28%的氧(O)、15%的氮(N)、6.7%的氫(H)和5.3%的硫(S)。由於成本和價格因素，一般商業銷售的頭髮鑽石不超過2克拉（0.4克），考慮到製作時的損耗，採用2~5倍的安全係數，採集量一般在0.8克至2克之間。

頭髮（頭髮鑽石的基本材料）

然而對於非商業用途或者特別定製的大型頭髮鑽石，必然需要採集更多的發量。2018年世界上最大的寶石級合成鑽石已經達到了15克拉（3克），理論上要做出如此巨大的頭髮鑽石需要採集不下於6克的發量。

世界最大合成鑽石（15.32克拉，2018年）

元素提純

元素提純，是區分頭髮鑽石和普通合成鑽石的核心步驟。其目的在於將來自生物體的碳源材料轉化為可以被現有鑽石合成技術處理的含碳物質，為下一步的晶體合成做準備。而在提純過程中，頭髮鑽石製造商往往會根據要求，刻意保留某些微量元素，以保證最終成品的顏色（例如：保留一定比例的氮元素，讓鑽石吸收冷藍光而呈現暖黃色）。

頭髮黃鑽

傳統的鑽石製造方法稱為高溫超高壓法(HPHT)，是利用裝置模擬天然鑽石在地底形成時的高壓高溫條件，用裝置內的碳材料（一般情況下是石墨）製造合成鑽石。相對較新的方法稱為化學氣相沉積法(CVD)，是將含碳氣體注入真空室，讓其結晶沉積在合成鑽石晶種上。這種方法比高溫超高壓法(HPHT)所需的溫度更低，壓力更小。

截止2021年，所有生物碳源合成鑽石均使用高溫超高壓法(HPHT)來進行製備，因此在採集到頭髮之後，需要將頭髮這種生物材質的原材料中的碳提煉為高純度的石墨。只有極高純度的石墨才能夠用於培育寶石級的鑽石，否則由於雜質過多，最終成品將呈現不透明或碎裂的狀態，甚至根本無法被轉化。

晶體合成

高溫超高壓法 (HPHT)鑽石的生長過程，需要先將將鑽石晶種置於專門打造的壓力條件下的一個生長艙室，再將生長艙室加熱至 1300-1600 °C，壓力高於 870,000 磅每平方英寸（約 5,998,440 帕），艙室內的高純度石墨熔解在鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co) 等元素組成的金屬助溶劑中，從而降低鑽石生長所需的溫度和壓力。然後，碳材料藉助助溶劑向溫度較低的鑽石晶種移動，並在其上結晶，形成合成鑽石晶體。結晶過程需要數天至數周時間，以形成一個或多個晶體。

高溫高壓法（HPHT）圖示

理論上，由於合成鑽石也能夠採用化學氣相沉積法（CVD）進行培育，如果頭髮能夠被提純和轉化成配比適當的含有CH₄甲烷、H₂氫氣、CO一氧化碳的碳氫混合蒸氣，同樣能夠以此法進行製作。考慮到加工過程的複雜性，CVD合成鑽石通常是淺棕色的，這使得它們相對於普通鑽石來說相對不具美學價值。更重要的是，由於生命鑽石特殊的紀念屬性，要求鑽石的碳源全部來自於所採集的生物材料；而化學氣相沉積法（CVD）在培育過程中需要多次取出其中鑽石半成品，打磨鑽石頂部表面，移除其上的非鑽石碳元素，然後再放回生長室。使用這種方法製備合成鑽石對碳源的損耗非常大，由於所採集的生物材料往往極為有限，無法保證需要進行多次合成的碳蒸氣都來自於生物材料，因此截止2020年還沒有看到使用化學氣相沉積法（CVD）進行頭髮合成的報導。

化學氣相沉積法（CVD）圖示

經過合成之後，頭髮就已經成為了鑽石原石。從晶體學意義上，這時已經可以說頭髮已經變成了鑽石。然而尚未經過切割的原石並不具備審美價值，因此還需要進行切割和打磨。

合金基座上的鑽石原石（未分離）

切割打磨

鑽石切割一共要經過原石分析、原始分切，以及打磨刻面等多個流程。在這一步的處理上，頭髮鑽石、普通合成鑽石以及天然鑽石所經過的都是同樣的製作寶石的工藝流程。

鑽石打磨

物化性質

頭髮鑽石是一種特殊碳源的合成鑽石，本質上依然是碳單質晶體，由於和天然鑽石的在原子級別上的物理結構相同，因此其包括光學性質在內的所有物理及化學性質與天然鑽石沒有差別。

著名案例

貝多芬頭髮鑽石

據英國《每日電訊報》報導，美國人工合成鑽石公司“生命寶石（LifeGem）”從收藏有貝多芬頭髮的美國“檔案大學”那裡得到了貝多芬的10縷頭髮。“檔案大學”主席約翰·列茲尼科夫表示，貝多芬的這些頭髮已有200年的歷史。

路德維希·凡·貝多芬

工作人員先將頭髮燃燒，從中提取出130毫克的碳元素。之後，他們把這些碳元素分成三份，通過高溫高壓的辦法做成三顆鑽石。

麥可.傑克遜頭髮鑽石

據英國《每日電訊報》網站2009年7月28日報導，設在美國芝加哥市的LifeGem公司將一縷麥可·傑克遜的頭髮製作成鑽石。這縷頭髮來自傑克遜1984年為百事可樂公司拍攝的一則廣告事故。

麥可·傑克遜