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유미포[대기압에서 다이아몬드 합성을 위한 혁신적인 방법] 다이아몬드는 행성 표면 아래 수백 마일에 묻혀 있는 지구의 맨틀에서 형성. 이 자연적인 과정은 수 기가파스칼의 엄청난 압력과 화씨 2,700도(섭씨 1,500도)가 넘는 뜨거운 온도에서 발생

박세훈 | 기사입력 2024/06/08 [00:00]

유미포[대기압에서 다이아몬드 합성을 위한 혁신적인 방법] 다이아몬드는 행성 표면 아래 수백 마일에 묻혀 있는 지구의 맨틀에서 형성. 이 자연적인 과정은 수 기가파스칼의 엄청난 압력과 화씨 2,700도(섭씨 1,500도)가 넘는 뜨거운 온도에서 발생

박세훈 | 입력 : 2024/06/08 [00:00]

 

다이아몬드 가격 폭락, 인공 다이아몬드 기술 발전이 주범?

천연 다이아몬드 vs 인공 다이아몬드

전통적으로 천연 다이아몬드는 지구 맨틀의 극한 환경에서 수백만 년 동안 형성됩니다. 반면, 인공 다이아몬드는 실험실에서 훨씬 짧은 시간 안에 제조될 수 있습니다. 과학자들은 고온고압(HPHT) 성장과 화학 기상 증착(CVD) 두 가지 주요 방법을 사용하여 인공 다이아몬드를 만들어 왔습니다. 하지만 이러한 기존 방법들은 다음과 같은 단점을 가지고 있습니다.

  • 높은 생산 비용: 극한적인 조건을 만들고 유지하는 데 많은 에너지와 자원이 필요합니다.
  • 작은 크기: HPHT 방법으로 생산되는 다이아몬드는 대략 블루베리 크기가 최대이며, CVD 방법도 크기 제한이 있습니다.
  • 긴 생산 시간: HPHT 방법은 최대 2주가 소요될 수 있습니다.

 

혁신적인 인공 다이아몬드 제조 기술

최근 한국기초과학연구원의 로드니 루오프(Rodney Ruoff) 박사가 개발한 새로운 기술은 기존 인공 다이아몬드 제조 방법의 단점을 극복할 것으로 기대됩니다. 이 기술은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

  • 낮은 생산 비용: 상대적으로 낮은 온도와 압력에서 작동하기 때문에 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
  • 크고 고품질의 다이아몬드 제조 가능: 더 큰 크기의 다이아몬드를 생산하고, 보석품 제작에 적합한 품질의 다이아몬드를 만들 수 있습니다.
  • 짧은 생산 시간: 기존 방법보다 훨씬 짧은 시간 안에 다이아몬드를 제조할 수 있습니다.

다이아몬드 시장 변화

이러한 새로운 기술 발전은 다이아몬드 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 인공 다이아몬드의 가격이 더욱 저렴해지면서 천연 다이아몬드의 가치는 하락할 가능성이 높습니다. 또한, 더 크고 고품질의 인공 다이아몬드가 생산됨에 따라 보석 시장에서 인공 다이아몬드의 점유율이 증가할 것으로 예상됩니다.

인공 다이아몬드 제조 기업

현재 인공 다이아몬드 시장에는 다음과 같은 주요 기업들이 존재합니다.

  • IGI(International Gemological Institute): 인공 다이아몬드의 품질 평가 및 인증 서비스를 제공하는 회사입니다.
  • Gemesis: CVD 방법으로 다이아몬드를 생산하는 회사입니다.
  • HB Antwerp: HPHT 방법으로 다이아몬드를 생산하는 회사입니다.
  • Russian Quantum Diamonds: 러시아에서 세계 최대 규모의 HPHT 다이아몬드 생산 시설을 운영하는 회사입니다.
  • KDDI: 일본에서 인공 다이아몬드 제조 기술 개발에 투자하고 있습니다.

결론

인공 다이아몬드 제조 기술의 발전은 다이아몬드 시장에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다. 인공 다이아몬드의 가격 하락과 더불어 보석 시장에서 인공 다이아몬드의 점유율이 증가할 것으로 예상됩니다. 앞으로 다이아몬드 산업은 천연 다이아몬드와 인공 다이아몬드의 경쟁이 더욱 심화될 것으로 보입니다

 

다이아몬드 값이 싸지는 이유와 그 기술들, 인공 다이아몬드를 만드는 기업들

전통적으로 천연 다이아몬드는 지구의 맨틀에서 수백 마일 아래, 높은 압력과 화씨 2,700도(섭씨 1,500도)가 넘는 온도에서 형성된다. 이러한 자연적인 과정은 수 기가파스칼의 엄청난 압력을 필요로 한다. 그러나 최근 인공 다이아몬드 제조 기술의 발전으로 다이아몬드 가격이 급격히 하락하고 있다.

인공 다이아몬드 가격 하락의 이유

  1. 제조 기술의 발전: 고압 고온(HPHT) 성장 방법과 화학 기상 증착(CVD) 기술을 통해 인공 다이아몬드를 생산하는 과정이 더욱 효율적이고 비용 효율적으로 변했다.
  2. 공급 증가: 개선된 기술 덕분에 더 많은 양의 다이아몬드가 생산 가능해졌고, 이는 시장 공급의 증가로 이어져 가격 하락을 촉발했다.
  3. 경쟁 심화: 많은 기업들이 인공 다이아몬드 생산에 뛰어들면서 가격 경쟁이 심화되었다.

인공 다이아몬드 제조 기술

  1. 고압 고온(HPHT): 철과 같은 액체 금속에 탄소를 용해시키고 높은 압력과 온도에서 작은 시드 주위에 다이아몬드를 형성하는 방법이다. 이 방법은 실제 천연 다이아몬드가 형성되는 조건을 모방하지만, 유지하기 어렵고 생산되는 다이아몬드의 크기가 제한적이다.

  2. 화학 기상 증착(CVD): 보다 낮은 압력에서 탄소 원자를 증착하여 다이아몬드를 형성한다. 이 방법은 HPHT보다 효율적이며, 대형 다이아몬드 생산이 가능하다. 그러나 여전히 시드를 사용해야 하는 단점이 있다.

  3. 한국 기초과학연구원의 신기술: 물리화학자인 로드니 루오프(Rodney Ruoff) 박사가 개발한 새로운 기술은 HPHT와 CVD 방법의 단점을 보완한 것이다. 이는 더 효율적이고 비용 효율적인 인공 다이아몬드 생산을 가능하게 한다.

인공 다이아몬드를 만드는 주요 기업들

  1. De Beers: 전통적인 다이아몬드 시장의 거장이며, 최근에는 인공 다이아몬드 생산을 중단하고 천연 다이아몬드에 집중하고 있다.
  2. Element Six: De Beers의 자회사로, HPHT와 CVD 기술을 모두 사용하여 인공 다이아몬드를 생산한다.
  3. Diamond Foundry: CVD 기술을 활용하여 고품질의 인공 다이아몬드를 생산하는 미국 기업이다.
  4. Helzberg Diamonds: 다양한 인공 다이아몬드 제품을 제공하며, 가격 경쟁력을 가지고 있다.
  5. Lightbox Jewelry: De Beers의 또 다른 자회사로, 합리적인 가격의 인공 다이아몬드를 제공하고 있다.

결론

인공 다이아몬드의 가격 하락은 제조 기술의 발전과 시장 공급 증가로 인한 것이다. HPHT와 CVD 기술의 혁신은 인공 다이아몬드 생산을 더 효율적이고 비용 효율적으로 만들었다. De Beers와 같은 전통적인 다이아몬드 기업들은 인공 다이아몬드 생산에서 천연 다이아몬드로 전환하고 있으며, Diamond Foundry와 같은 기업들은 고품질의 인공 다이아몬드를 제공하고 있다. 앞으로도 인공 다이아몬드 시장은 계속 성장할 것이며, 더 많은 종류의 인공 다이아몬드가 소비자에게 제공될 것이다.

인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 최대 75% 저렴할 수 있습니다. 가격 차이는 크기, 품질, 브랜드 등 여러 요인에 따라 달라지지만, 일반적으로 인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드의 1/5에서 1/4 가격에 구매할 수 있습니다.

구체적인 예시:

  • 1캐럿 크기의 천연 다이아몬드 가격은 보석의 품질에 따라 500만원에서 2천만원 이상까지 다양하지만, 동일한 크기의 인공 다이아몬드는 100만원에서 500만원 정도에 구매할 수 있습니다.
  • 고급 브랜드의 천연 다이아몬드는 1캐럿 기준 수천만원에서 수억원까지 가격이 올라갈 수 있지만, 인공 다이아몬드 브랜드는 1천만원 이하 제품도 많이 출시되고 있습니다.

인공 다이아몬드 가격이 저렴한 이유:

  • 생산 비용 차이: 인공 다이아몬드는 실험실에서 훨씬 짧은 시간 안에 제조될 수 있으며, 천연 다이아몬드 채굴과 같은 까다로운 과정이 필요하지 않습니다.
  • 경쟁 부족: 천연 다이아몬드 시장은 데비어스 등 소수의 기업들이 지배하고 있지만, 인공 다이아몬드 시장은 여러 기업들이 진출하고 있어 경쟁이 치열합니다.

주의 사항:

  • 모든 인공 다이아몬드가 동일한 품질인 것은 아닙니다. 구매 전에 여러 브랜드를 비교하고, 품질 평가 기관의 인증을 받은 제품인지 확인하는 것이 중요합니다.
  • 일부 사람들은 인공 다이아몬드가 천연 다이아몬드만큼의 가치가 없다고 생각하기도 합니다. 하지만 화학적, 물리적 특성은 거의 동일하며, 육안으로 구분하기 어려울 정도로 품질이 뛰어난 인공 다이아몬드도 많이 출시되고 있습니다.

결론:

인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 훨씬 저렴하면서도 동일한 품질을 제공

 

초반 가격 차이 (2017년)

  • 인조 다이아몬드: 초기에는 천연 다이아몬드보다 23-25% 더 비쌌다. 예를 들어, 0.70 캐럿 I VS1 IGI 인증 인조 다이아몬드는 $1,870의 가격이었고, 비슷한 0.70 캐럿 J VS1 GIA 인증 천연 다이아몬드는 $1,590이었다.

가격 변화 (2017-2021년)

  • 2017년 말: 인조 다이아몬드의 가격이 급격히 하락했고, 천연 다이아몬드의 가격은 약간 상승했다. 이로 인해 인조 다이아몬드가 천연 다이아몬드보다 훨씬 저렴해졌다.

현재 가격 비교

  • 평균적으로: 현재 인조 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 80-95% 저렴하다.
    • 예를 들어, 1캐럿의 프린세스 컷 천연 다이아몬드는 약 $2,500이지만, 비슷한 인조 다이아몬드는 약 $500이다.
  • 가격 차이 이유: 천연 다이아몬드의 제한된 공급과 인조 다이아몬드의 증가된 공급으로 인해 인조 다이아몬드의 가격이 더 낮아졌다.

재판매 가치

  • 천연 다이아몬드: 초기 가치의 약 50%를 유지하는 반면,
  • 인조 다이아몬드: 재판매 가치는 거의 없다.

결론적으로, 인조 다이아몬드는 초기에는 더 비쌌으나, 현재는 천연 다이아몬드에 비해 80-95% 저렴하다. 하지만 천연 다이아몬드는 시간이 지나도 어느 정도 가치를 유지하는 반면, 인조 다이아몬드는 재판매 가치는 거의 없다.

  1. 인공 다이아몬드 제조 기술
    Growing Synthetic Diamonds

  2. 고급 기술이 적용된 인공 다이아몬드
    Synthetic diamonds advanced technology innovative

  3. HPHT 방법으로 제작된 인공 다이아몬드
    HPHTdiamonds

  4. 합성 다이아몬드 제조 설비
    The different types of equipment used for synthetic diamond

  5. 상위 인공 다이아몬드 제조 기업들
    Largest Lab-grown Diamond Manufacturers In the world

관련 동영상

Synthetic Diamonds - Science of Innovation: National Science Foundation과 NBC Learn이 제공하는 동영상으로, 러셀 헴리(Russell Hemley)가 개발한 새로운 인공 다이아몬드 제조 방법에 대해 설명합니다. 이 방법은 다양한 압력, 가스 조성, 온도 변화를 통해 특정 성질을 가진 다이아몬드를 성장시키는 M CVD(마이크로파 보조 화학 기상 증착) 챔버를 활용합니다. 이 동영상에서는 인공 다이아몬드의 절단 도구, 전자 장치, 광학 재료에서의 잠재적인 사용에 대해서도 논의합니다.

Synthetic Diamonds - Science of Innovation

위 이미지를 클릭하면 동영상으로 이동합니다.

이 동영상은 인공 다이아몬드 제조 과정의 전반을 시청자에게 쉽게 이해시켜줍니다.

 

대기압에서 다이아몬드 합성을 위한 혁신적인 방법

과학자들은 스타터 젬스톤 없이 정상 대기압에서 다이아몬드를 합성하는 획기적인 기술을 개발하여 실험실에서 이러한 귀중한 젬스톤의 생산을 단순화할 수 있다.

전통적으로 천연 다이아몬드는 행성 표면 아래 수백 마일에 묻혀 있는 용융 지역인 지구의 맨틀에서 형성된다. 이 자연적인 과정은 수 기가파스칼의 엄청난 압력과 화씨 2,700도(섭씨 1,500도)가 넘는 뜨거운 온도에서 발생한다.

고압 고온(HPHT) 성장으로 알려진 다이아몬드를 합성하는 기존 방법은 이러한 극한 조건을 모방한다. 이 공정에는 철과 같은 액체 금속에 탄소를 용해시키고 높은 압력과 온도에서 작은 시드 또는 스타터 다이아몬드 주위에 다이아몬드로 변환하는 작업이 포함된다. 그러나 이러한 조건을 생성하고 유지하는 것은 어려운 일이다.

또한 이 공정은 생산되는 다이아몬드의 크기를 제한하며, 가장 큰 다이아몬드는 약 입방 센티미터로 대략 블루베리 크기이다. 또한 HPHT는 이러한 작은 보석을 생산하는 데 1-2주가 소요되어 시간이 많이 걸린다.

또 다른 방법인 화학 기상 증착(CVD)은 고압과 같은 일부 HPHT 요구 사항을 줄이지만 여전히 종자를 사용해야 한다.

한국 기초과학연구원의 물리화학자인 로드니 루오프(Rodney Ruoff)가 개발한 이 새로운 기술은 HPHT와 CVD 방법의 몇 가지 단점을 극복합니다. 연구팀의 연구 결과는 4월 24일 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.

다이아몬드 시련의 장

이 혁신적인 방법은 10년 넘게 개발되어 왔다. "10년 넘게 다이아몬드를 재배하는 새로운 방법에 대해 생각해왔는데, 예상치 못한 ('전통적인' 생각에 따라) 방식으로 이를 달성할 수 있다고 생각했기 때문입니다." 루오프는 이메일을 통해 라이브 사이언스와 공유했다.

이 새로운 접근 방식은 고압 및 스타터 젬의 필요성을 제거하며, 공정을 보다 접근하기 쉽고 효율적으로 만들어 다이아몬드 합성 산업에 혁명을 일으킬 수 있다. 이 새로운 방법은 더 크고 더 저렴한 랩그로운 다이아몬드를 생산할 수 있는 가능성을 열어주며, 이는 산업 응용 분야와 보석 시장 모두에 중요한 영향을 미칠 수 있다.  제조사 Impact Lab

 

 
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