Berlian sintetis lebih murni, lebih indah, dan lebih murah daripada berlian alami
(worksinprogress.co)- Berlian adalah material yang tersusun dari kisi tiga dimensi atom karbon, dan teknologi pembuatannya di laboratorium berkembang ke arah produksi yang lebih cepat dan lebih murah dengan melampaui pengotor, biaya penambangan, dan batas kualitas berlian alami
- Sejak sintesis tekanan tinggi dan suhu tinggi (HPHT) oleh General Electric pada 1950-an, peningkatan pada pelarut logam, katalis, getter, dan kendali gradien suhu memungkinkan produksi kristal tunggal berkualitas permata, bukan hanya untuk keperluan industri
- Chemical Vapor Deposition (CVD) menumbuhkan karbon di atas benih berlian menggunakan hidrogen dan metana dalam ruang reaksi bertekanan rendah, sehingga proses manufakturnya lebih mudah diamati dan dikendalikan karena tidak memerlukan tekanan ekstrem
- Di pasar permata, harga berlian sintetis round brilliant 1 karat, nyaris tak berwarna, kelas VS turun dari US$5.440 pada 2016 menjadi US$1.325 pada 2024, dan dalam survei pasangan menikah pada 2023, porsi berlian sintetis pada cincin tunangan mencapai 46%
- Di industri, berlian sintetis digunakan untuk pemotongan, pengeboran, optik, pembuangan panas, dan sebagai kandidat material semikonduktor, tetapi untuk penggunaan semikonduktor masih tersisa masalah biaya, ukuran wafer, dan doping tipe-n
Sifat berlian dan tujuan pembuatan di laboratorium
- Berlian, seperti namanya yang berasal dari kata Yunani ἀδάμας, adalah material yang atom karbonnya membentuk kisi kubik atau heksagonal
- Karena ikatannya yang kuat dan susunan atomnya yang rapat, berlian merupakan material alami yang paling keras dan paling sulit dikompresi
- Konduktivitas termal dan resistansi listriknya sama-sama tinggi, tetapi dengan menambahkan sedikit nitrogen, fosfor, atau boron, berlian dapat dibuat menjadi semikonduktor
- Berlian murni tidak berwarna dan memiliki dispersi cahaya yang besar; jika mengandung pengotor tertentu, ia dapat memiliki warna untuk permata
- Di alam, pembentukan berlian membutuhkan miliaran tahun, dan sebagian besar berlian alami memiliki terlalu banyak pengotor untuk digunakan sebagai permata atau dalam industri maju
- Pembuatan di laboratorium memungkinkan berlian yang lebih cepat dibuat, lebih murni, dan lebih murah, sehingga membuka penggunaan yang sebelumnya sulit dilakukan
Penemuan bahwa berlian adalah karbon
- Pada 1773, Antoine-Laurent de Lavoisier melakukan eksperimen di taman Louvre dengan memusatkan sinar matahari menggunakan lensa cembung besar untuk membakar berlian
- Sebagian berlian menguap sepenuhnya, sementara sebagian lainnya menghitam dan kehilangan massa
- Lavoisier melihat bahwa berlian dan batu bara sama-sama merupakan zat yang dapat terbakar, tetapi belum menyimpulkan bahwa keduanya adalah zat yang sama
- Pada 1796, Smithson Tennant memanaskan berlian dalam tabung emas tertutup berisi kalium nitrat untuk menghasilkan karbon dioksida, lalu mengukur jumlahnya
- Berdasarkan fakta bahwa jumlah karbon dioksida yang dihasilkan hampir sama dengan saat membakar arang dengan berat yang sama, ia menyimpulkan bahwa berlian hanya tersusun dari karbon
- Hasil ini diterima dengan skeptis selama sekitar 20 tahun, lalu diakui setelah direproduksi oleh ilmuwan lain
- Para peneliti abad ke-19 mencoba mengubah arang menjadi berlian menggunakan penguapan, ledakan, panas tinggi, dan metode lain, tetapi tidak berhasil
Kegagalan Henri Moissan dan arah yang ditinggalkannya
- Henri Moissan mencoba mensintesis berlian berdasarkan tungku busur listrik, berbagai bentuk karbon, dan catatan geologi
- Melihat bahwa berlian Afrika Selatan terdapat dalam batuan yang naik dari lapisan bumi dalam, ia menilai bahwa tekanan diperlukan dalam proses pembentukannya
- Pada meteorit Canyon Diablo, ditemukan berlian kecil di dalam gumpalan besi, dan Moissan berpendapat bahwa besi cair yang mengandung karbon terlarut dapat mendingin mendadak, menyusut, lalu membentuk berlian
- Moissan memanaskan besi dan karbon arang hingga 3.000°C, lalu melakukan pendinginan cepat dengan air, serbuk besi, dan timbal; ia percaya dirinya telah membuat berlian
- Belakangan, kimiawan lain tidak dapat mereproduksi hasilnya, dan ada pula kecurigaan bahwa salah satu asistennya mungkin memasukkan pecahan berlian alami
- Meski gagal, Moissan tepat dalam menunjukkan bahwa tekanan tinggi, suhu tinggi, dan katalis pelarut logam penting untuk sintesis berlian
General Electric dan sintesis HPHT
- Pada 1950, General Electric Research Laboratory membentuk Project Superpressure di Schenectady, New York, dan mulai mengerjakan sintesis berlian laboratorium
- GE mengkhawatirkan biaya impor berlian yang digunakan untuk menarik kawat filamen tungsten pada lampu pijar
- Mereka memperkenalkan press hidraulik seharga US$125.000, setinggi dua lantai, yang mampu menghasilkan tekanan 1.000 ton
- Pada 16 Desember 1954, Howard Tracy Hall melakukan eksperimen menggunakan tabung grafit, besi sulfida, cakram tantalum, dan benih berlian
- Belt press yang ia rancang memiliki struktur dengan anvil di atas dan bawah yang menekan sel reaksi, sementara sisi-sisinya ditopang oleh pita baja yang diberi tegangan awal
- Eksperimen berlangsung selama 38 menit pada kondisi sekitar 10 GPa dan 1.600°C
- Saat membuka sel, Hall melihat permukaan-permukaan kecil kristal oktahedral berkilau dan menyimpulkan bahwa berlian buatan manusia telah terbentuk
- GE kemudian mereproduksi hasil itu 20 kali selama dua minggu berikutnya, dan pada 15 Februari 1955 mengumumkan sintesis berlian laboratorium kepada dunia
- Berlian yang dibuat dengan proses Hall berdiameter hanya sekitar seperseribu milimeter sehingga bukan untuk permata, tetapi sangat berguna untuk keperluan industri seperti pemotongan, pemolesan, penarikan kawat, dan pembentukan komponen presisi
- Berlian industri awal GE lebih mahal daripada berlian alami, tetapi dengan mengelola proses pertumbuhan secara presisi, bentuk dan keteraturannya dapat dipesan sesuai kebutuhan, dan keunggulannya cepat terbukti
Perintah kerahasiaan dan perkembangan teknologi press
- Departemen Perdagangan AS membatasi publikasi detail belt press Hall dan penelitian kimia tekanan tinggi lanjutan untuk mempertahankan keunggulan teknologi pada era Perang Dingin
- Selama Perang Dunia II, AS bergantung pada kartel De Beers untuk pasokan berlian industri, dan sebuah memo tahun 1944 menunjukkan bahwa AS membayar harga monopoli untuk material esensial yang dibutuhkan dalam produksi masa perang
- Untuk memperbaiki belt press yang hanya memberi tekanan pada satu sumbu, pada 1957 Hall membuat tetrahedral press yang memberi tekanan dari empat arah, tetapi desain ini juga dikenai perintah kerahasiaan
- Belakangan, akibat keberatan dari para ilmuwan dan lembaga pemerintah lain, Departemen Pertahanan menginstruksikan Departemen Perdagangan untuk mencabut perintah kerahasiaan atas belt press dan tetrahedral press
- Sebagai metode yang lebih praktis, digunakan cubic press, dengan enam anvil hidraulik yang menekan keenam sisi sel reaksi berbentuk kubus
- Kubus memiliki volume yang lebih kecil dibanding luas permukaannya daripada tetrahedron, sehingga tekanan yang diperlukan dapat dicapai dengan gaya yang lebih kecil
- Ilmuwan Soviet menggunakan perangkat split-sphere alih-alih press hidraulik
- Caranya adalah menyusun anvil dalam dan anvil luar yang mengelilingi sel reaksi dalam struktur berbentuk bola, lalu memberi tekanan dari segala arah dengan fluida hidraulik untuk memusatkan tekanan pada sel di tengah
Kimia proses HPHT dan pengendalian pengotor
- Belt press, cubic press, dan perangkat split-sphere berbeda dalam cara meneruskan tekanan, tetapi kimia dalam sel reaksinya sama
- Grafit berubah menjadi berlian pada tekanan tinggi dan suhu tinggi dengan bantuan pelarut logam dan benih berlian kecil
- Pada tekanan dan suhu rendah, grafit adalah fase karbon yang paling stabil
- Grafit memiliki struktur lembaran dua dimensi, dan setiap atom karbon berikatan kovalen dengan tiga atom karbon lainnya
- Pada tekanan tinggi, berlian menjadi bentuk karbon yang lebih stabil
- Setiap atom karbon berikatan kovalen dengan empat atom karbon lainnya, membentuk kisi tiga dimensi yang rapat
- Untuk mengubah grafit langsung menjadi berlian, perubahan struktur terjadi pada kondisi 15 GPa dan 3.000°C, tetapi mempertahankan suhu dan tekanan yang seragam sulit dilakukan sehingga berlian yang terbentuk cenderung kecil dan kasar
- Produsen menggunakan katalis pelarut logam untuk menurunkan kondisi yang diperlukan
- Benih berlian, grafit, dan pelarut logam transisi seperti besi dipanaskan hingga 1.300°C–1.800°C dan diberi tekanan 5–7 GPa
- Logam cair melarutkan grafit dan menguraikannya menjadi atom karbon individual
- Jika benih dijaga pada suhu yang lebih rendah daripada logam, atom karbon akan mengendap di permukaan benih dan berlian tumbuh
- Proses ini memakan waktu beberapa minggu, tetapi lebih mudah dikendalikan daripada sintesis langsung, dan menghasilkan struktur kristal tunggal yang lebih besar, lebih murni, dan lebih konsisten
- Pengotor utama yang harus dikendalikan dalam sintesis adalah nitrogen dan boron
- Nitrogen membuat berlian menjadi kuning, sementara boron membuatnya menjadi biru
- Getter seperti aluminium, titanium, dan zirkonium menyerap nitrogen dan boron sehingga mencegahnya masuk ke kisi
- Jika diperlukan berlian kuning atau biru, nitrogen atau boron dapat dengan mudah ditambahkan selama proses manufaktur
- Berlian merah muda dibuat dengan menambahkan nitrogen, lalu melakukan iradiasi dan pemanasan untuk membentuk nitrogen-vacancy center; cacat inilah yang menghasilkan warna merah muda
- Berlian merah muda pernah diusulkan sebagai sarana untuk menyimpan dan memanipulasi informasi kuantum pada suhu ruang
CVD: metode manufaktur yang tidak meniru alam
- Pada 1950-an, laboratorium riset industri AS dan Akademi Ilmu Pengetahuan Soviet meneliti chemical vapor deposition (CVD), yang tidak mereproduksi kondisi tekanan dan suhu tinggi alam
- CVD adalah metode manufaktur yang mengendapkan material padat dari uap yang sedang bereaksi secara kimia
- Untuk membuat berlian, karbon harus dibuat menjadi gas dalam keadaan atom pada suhu tinggi, lalu saat mendingin diarahkan agar mengkristal dalam struktur berlian
- William Eversole dari Union Carbide menulis dalam paten tahun 1958 bahwa jika metana atau karbon monoksida dipanaskan bersama benih berlian pada kondisi tekanan rendah 900–1.100°C, berlian mengendap lebih cepat daripada grafit
- Pada saat itu, ini merupakan hasil yang tidak terduga karena grafit lebih stabil secara termodinamika
- Laju pertumbuhan awal sekitar 0,01µm/jam, terlalu lambat untuk dikomersialkan
- Tim riset John Angus di Case Western Reserve University menjalankan siklus pertumbuhan dan siklus pembersihan grafit secara bergantian, lalu menemukan bahwa reaksi menjadi lebih cepat jika hidrogen yang digunakan untuk pembersihan dipecah menjadi hidrogen atomik
- Para peneliti Soviet menemukan bahwa penggunaan hidrogen atomik pada tahap pertumbuhan dapat menekan pembentukan grafit sekaligus menghilangkan grafit yang terbentuk, sehingga tidak memerlukan tahap pembersihan terpisah dan juga mempercepat laju pertumbuhan
- Mutsukazu Kamo, Seiichiro Matsumoto, Yoichiro Sato, dan lainnya dari National Institute for Research in Inorganic Materials Jepang memecah hidrogen menjadi hidrogen atomik dengan filamen tungsten panas, gelombang mikro, dan busur listrik, sehingga meningkatkan laju pertumbuhan menjadi beberapa µm/jam
- Riset ini memublikasikan metode yang terperinci, sehingga ilmuwan lain dapat mereproduksi dan memperluasnya, dan perusahaan, universitas, serta lembaga riset di Jepang, AS, dan Eropa ikut masuk ke bidang ini
Cara kerja reaktor CVD modern
- Dalam reaktor CVD modern, beberapa benih berlian dimasukkan ke ruang vakum, dan gas reaksi yang digunakan sebagian besar hidrogen serta biasanya metana kurang dari 1%
- Benih berlian dipanaskan hingga 800°C–1.200°C, sementara gelombang mikro memanaskan gas hidrogen hingga 2.000°C–5.000°C dan memecahnya menjadi hidrogen atomik
- Sebagian hidrogen atomik bereaksi dengan karbon di permukaan berlian untuk membentuk permukaan berterminasi hidrogen, yang mencegah kristal berlian tersusun ulang menjadi grafit
- Pada saat yang sama, hidrogen atomik melepaskan satu atom hidrogen dari metana untuk membentuk methyl radical, dan karbon dari radical ini berikatan dengan permukaan berlian sehingga memicu pertumbuhan
- Berlian seukuran permata dapat memerlukan waktu beberapa minggu, tergantung ukuran yang diinginkan
- Keunggulan besar CVD adalah ruang reaksi tidak menerima tekanan ekstrem, sehingga proses pembentukan lebih mudah diamati dan dikendalikan
- Reaktor CVD memiliki intensitas modal yang lebih rendah daripada press HPHT
- Produsen dapat merancang sifat fisik, mekanis, termal, dan optik secara presisi dengan mengatur suhu, tekanan, waktu reaksi, serta pengotor dalam gas reaksi
- Perbaikan seperti sedikit meningkatkan tekanan ruang reaksi, memakai gelombang mikro yang lebih kuat, atau menambahkan sedikit nitrogen dan oksigen ke katalis memungkinkan pertumbuhan berlian besar berkualitas permata
Cara membedakan berlian sintetis
- Berlian sintetis dalam kondisi murni dan berlian alami identik secara fisik, kimia, dan optik
- Gemolog membedakan keduanya dengan melihat pengotor yang tersertakan selama pembentukan dan pola pertumbuhan
- Seiring membaiknya teknologi manufaktur, berlian sintetis dapat dibuat lebih murni daripada berlian yang terbentuk di dalam Bumi
- Di segmen atas pasar, berlian sintetis dan berlian alami tidak dapat dibedakan dengan mata telanjang
- Berlian alami hampir selalu mengandung nitrogen
- Nitrogen dalam jumlah besar menghasilkan warna kuning atau cokelat, dan bahkan pada berlian tak berwarna dapat dideteksi dengan spektroskopi optik
- Berlian alami tanpa nitrogen sangat langka dan mahal
- Dalam berlian sintetis, nitrogen hampir selalu dikecualikan
- Berlian HPHT dapat mengandung jejak katalis logam yang digunakan dalam pembuatannya
- Jika konsentrasinya tinggi, pengotor besi dan kobalt bahkan dapat dideteksi dengan magnet kuat
- Berlian CVD kadang mengandung grafit, yang dapat tampak seperti titik kecil, bentuk komet, atau awan datar
- Berlian HPHT umumnya tumbuh pada tekanan yang seragam, sehingga jejak pertumbuhan arah kubik dan oktahedral dapat tersisa sebagai garis-garis halus
- Berlian CVD berbentuk kubik karena diendapkan berlapis-lapis
- Karena sulit dibedakan, lembaga pemeringkat mengukir tanda LG atau Laboratory-Grown pada girdle berlian sintetis, yang terlihat pada pembesaran 20 kali
Perubahan di pasar perhiasan
- Tradisi memakai berlian untuk cincin pertunangan terbentuk melalui kampanye iklan kartel De Beers
- Ketika penjualan berlian menurun pada masa Depresi Besar, De Beers memanfaatkan aktor Hollywood dan tokoh sosialita untuk mengaitkan cincin berlian dengan lamaran
- Slogan “A Diamond Is Forever” digunakan, dan pesan bahwa pria harus membelanjakan persentase tertentu dari pendapatannya juga menyebar
- Tradisi ini berhasil karena orang menginginkan sinyal komitmen yang diakui secara sosial
- Harga tinggi merupakan sinyal mahal yang menunjukkan kekayaan dan komitmen
- Pada suatu masa, ini juga memiliki sifat seperti asuransi terhadap pembatalan janji menikah
- Berlian sintetis sulit dibedakan dari berlian alami, tetapi jauh lebih murah dan harganya terus turun, sehingga mengguncang keseimbangan lama
- Menurut angka Paul Zimnisky, berlian sintetis round brilliant 1 karat berwarna hampir tak berwarna dan dengan inklusi sangat sedikit turun dari 5.440 dolar pada 2016 menjadi 1.325 dolar pada 2024
- Berlian alami yang sama turun dari 6.538 dolar menjadi 5.035 dolar
- Survei The Knot terhadap hampir 10.000 pasangan yang menikah pada 2023 menemukan bahwa pada cincin pertunangan, berlian sintetis mencapai 46% dan berlian alami 39%
- Porsi berlian sintetis naik dari 12% pada 2019
- Berlian akan tetap menjadi simbol pertunangan, tetapi batu mentah itu sendiri akan kehilangan kekuatannya sebagai simbol kekayaan atau pengorbanan
- Karena berlian sintetis dapat diproduksi lebih jernih dan tak berwarna, atau dengan warna yang lebih mencolok, konsumen makin menuntut desain cutting, polishing, setting, serta kualitas manufaktur
- Pola optik hearts and arrows yang hanya terlihat pada round brilliant yang dipotong sempurna adalah contoh perubahan ini
- International Gemological Institute mulai mencantumkan keberadaan pola hearts and arrows dalam sertifikat penilaian seiring meningkatnya permintaan
Penggunaan berlian industri saat ini
- Sebagian besar berlian diproduksi bukan untuk perhiasan, melainkan untuk industri
- Berlian memiliki sifat fisik, optik, termal, kimia, mekanis, dan elektrik yang unggul, sehingga digunakan dalam manufaktur, konstruksi, pertambangan, medis, elektronik, dan lainnya
- Berlian alami memiliki banyak pengotor sehingga performanya lebih rendah daripada berlian sintetis dalam penggunaan industri
- Berlian sintetis dapat dibuat lebih konsisten dan lebih murah sesuai spesifikasi yang dibutuhkan, sehingga telah mengungguli berlian alami di pasar industri sejak puluhan tahun lalu
- Penggunaan paling umum adalah mata potong keras, mata bor, alat gerinda dan pemoles, serta abrasif
- Berlian dapat ditanamkan pada coating logam atau ditempelkan pada inti logam untuk membuat gergaji yang memotong batu, beton, aspal, bata, kaca, keramik, dan logam
- Mata bor polycrystalline diamond dibuat dengan menyatukan partikel berlian pada tekanan dan suhu tinggi, dan dalam pengeboran minyak dan gas lebih kuat, lebih cepat, serta lebih tahan lama daripada tungsten carbide
- Pada sumur sedalam beberapa kilometer, untuk mengganti mata bor yang aus, seluruh drill string harus ditarik ke atas dan dibongkar
- Mata bor berujung berlian mengurangi kebutuhan penggantian seperti ini sehingga memangkas biaya
- Beberapa batuan yang sangat keras tidak dapat dibor tanpa mata bor berlian
- Mata bor berujung berlian juga digunakan untuk melubangi kaca, batu, keramik, dan gigi
- Seiring dikembangkannya paduan, polimer, keramik, dan komposit yang lebih kuat, kemungkinan kebutuhan akan alat berlian untuk memotong dan memprosesnya akan makin besar
Potensi dalam optik dan laser
- Berlian transparan, cepat menyebarkan panas, dan tidak banyak memuai pada suhu tinggi, sehingga sangat potensial sebagai material optik
- Laser berdaya tinggi digunakan untuk pemotongan, pengelasan, deteksi, pengapian, dan operasi medis, sementara komponen yang ada saat ini dapat rusak atau terdegradasi oleh panas tinggi sehingga membatasi output
- thermal lensing adalah fenomena ketika suhu yang tinggi dan tidak merata mengubah refraksi jendela optik laser, sehingga memperburuk fokus dan penyelarasan berkas
- Berlian cocok sebagai material jendela laser karena memiliki konduktivitas termal dan transmisi cahaya yang baik, serta indeks biasnya tidak banyak berubah terhadap suhu
- Berlian juga dapat digunakan sebagai heat spreader untuk mendinginkan komponen lain di dalam laser, sehingga meningkatkan output maksimum yang dapat dihasilkan
- Riset juga sedang dilakukan untuk menggunakan berlian sebagai medium laser aktif yang memperkuat cahaya
- Untuk itu diperlukan berlian yang lebih besar, lebih murni, dan lebih sempurna secara struktural daripada yang disediakan alam
Berlian sebagai bahan semikonduktor
- Berlian juga menjanjikan sebagai semikonduktor berkat konduktivitas termal yang sangat baik dan bandgap yang lebar
- Keteraturan kisi berlian dan ikatan yang kuat membuat panas dapat dihantarkan dengan cepat dan efisien
- Bandgap yang lebar berarti mampu menangani suhu dan tegangan tinggi, sehingga berguna untuk perangkat dalam kondisi ekstrem seperti mesin, menara radio, peralatan pengeboran, wahana antariksa, panel surya, dan jaringan listrik
- Konduktivitas termal silikon adalah 1,5W/cm·K, sedangkan berlian 22W/cm·K
- Seiring bertambahnya jumlah transistor pada microchip dan semakin kecilnya chip, masalah pembuangan panas menjadi makin besar
- Panas menurunkan kinerja microchip dan membatasi seberapa rapat transistor dapat ditempatkan
- Berlian sudah digunakan sebagai heat spreader bahkan pada chip berbasis silikon yang ada saat ini
- Bandgap berlian adalah 5,45eV, lebih lebar daripada silikon yang 1,1eV
- Nilai breakdown isolasi listrik berlian adalah 10mV/cm, sedangkan silikon 0,3mV/cm
- Berlian lebih cocok untuk aplikasi tegangan tinggi seperti pembangkitan dan distribusi listrik
- Pada tegangan yang sama, bahan yang dibutuhkan lebih sedikit sehingga chip dapat dibuat lebih kecil
- Mobilitas elektron dan hole juga cepat dibandingkan semikonduktor ber-bandgap lebar
- Perkiraan konservatifnya adalah mobilitas elektron 1.000cm²/Vs dan mobilitas hole 2.000cm²/Vs
- Ada juga laporan kasus mobilitas elektron 4.500cm²/Vs dan mobilitas hole 3.800cm²/Vs
- Silikon memiliki mobilitas elektron 1.500cm²/Vs dan mobilitas hole 480cm²/Vs
Tantangan yang tersisa untuk berlian semikonduktor
- Saat ini, meski ada kemajuan terbaru, berlian masih sekitar 10.000 kali lebih mahal daripada silikon
- Substrat berlian yang dibutuhkan untuk manufaktur semikonduktor harus lebih besar daripada yang saat ini dapat dibuat
- Wafer silikon dapat dibuat hingga diameter 300mm
- Wafer berlian yang dibuat dengan HPHT saat ini terbatas pada 10mm
- Wafer berlian CVD dapat dibuat sedikit lebih besar, tetapi jumlah cacatnya banyak sehingga biasanya kurang berguna untuk semikonduktor
- Masalah yang lebih mendesak adalah doping
- Berlian murni adalah isolator listrik, sehingga agar dapat digunakan sebagai semikonduktor perlu ditambahkan pengotor donor elektron atau pengotor akseptor elektron
- Semikonduktor berlian tipe-p relatif tidak sulit
- Boron memiliki satu elektron lebih sedikit daripada karbon sehingga menjadi akseptor elektron, dan jika dimasukkan sebagai pengotor saat proses manufaktur, ia mudah terintegrasi ke dalam kisi
- Semikonduktor berlian tipe-n sulit dibuat
- Nitrogen memiliki elektron berlebih, tetapi energi yang diperlukan untuk melepaskannya ke pita konduksi sangat besar
- Fosfor lebih menjanjikan, tetapi lebih besar daripada karbon sehingga sulit dimasukkan ke dalam kisi berlian yang rapat, dan energi untuk melepaskan elektron juga masih tinggi
- Pada semikonduktor berlian tipe-n untuk suhu tinggi, energi aktivasi yang dibutuhkan lebih mudah diperoleh, tetapi untuk semikonduktor suhu ruang diperlukan donor elektron yang lebih sesuai
- Pencarian donor tipe-n untuk suhu ruang masih menjadi masalah terbuka
Kesimpulan: bahan buatan yang lebih baik daripada yang alami
- Alam membuat berlian dengan mengkristalkan cairan yang mengandung karbon secara perlahan di bawah panas dan tekanan tinggi jauh di dalam mantel, lalu letusan gunung berapi membawanya ke permukaan
- Penambangan adalah proses yang kotor, dan untuk mendapatkan 1 karat dari tanah perlu menggali 1.000 ton tanah
- Sebagian besar berlian alami tidak terlihat bagus, berubah warna, dan mengandung banyak pengotor
- Di laboratorium, berlian yang lebih murni, lebih indah, dan lebih tahan lama dapat dibuat dalam waktu lebih singkat dan dengan sumber daya lebih sedikit
- Jika perlu, pengotor tertentu dapat ditambahkan untuk mengubah sifat optik, mekanik, dan listriknya
- Berlian sintetis awal dibuat dengan HPHT, yang meniru cara pembentukannya di dalam Bumi, dan kini juga dibuat dengan CVD, yang belum pernah teramati di alam
- Berbeda dengan keyakinan bahwa yang alami itu baik dan buatan manusia lebih rendah atau berbahaya, dalam ilmu material sudah sejak lama ada bahan buatan yang lebih unggul daripada bahan alami, seperti baja, plastik, poliester, beton, keramik, dan kaca
- Berlian sintetis adalah satu lagi contoh yang menunjukkan bahwa kecerdasan manusia dan metode ilmiah dapat memperbaiki hasil alam
1 komentar
Komentar Hacker News
Tulisan yang bagus, dan seluruh sejarahnya tercakup dengan baik
Sisi komersialnya juga telah berkembang pesat. Jika mencari "diamond making machine" di Alibaba, Anda bisa membeli press 6 sisi bertekanan dan bersuhu tinggi seharga sekitar 200 ribu dolar, dan peralatan chemical vapor deposition juga ada di kisaran harga serupa
Kartel berlian De Beers memiliki organisasi R&D bernama Element Six dan menjual berlian sintetis untuk penggunaan khusus seperti laser. Tingkat teknologinya sudah mencapai penurunan cacat hingga 1 per miliar, dan bahkan mampu membuat jendela berlian untuk laser berdiameter 10 cm. Jauh melampaui kelas perhiasan
Di sisi berlian alami juga, teknologi untuk menemukan berlian dengan sinar-X industri sebelum batu dihancurkan bekerja sangat baik, dan baru-baru ini berlian 2500 karat juga ditemukan. TOMRA juga membuat penyortir untuk penggunaan ini, dan kini bahkan berlian raksasa yang terlalu besar untuk dijadikan perhiasan pun mendekati kelebihan pasokan
Proses pemotongan dan pemolesan akhir juga sudah diotomatisasi, dan peralatannya terutama berasal dari Tiongkok dan India. Kini berlian telah menjadi barang yang bisa dibeli per kilogram dalam kantong plastik
[1] https://e6-prd-cdn-01.azureedge.net/mediacontainer/medialibr...
[2] https://www.forbes.com/sites/amandakooser/2024/08/23/monster...
[3] https://ikcabstracts.com/index.php/ikc/article/download/4101...
Indeks biasnya 65% lebih tinggi daripada kaca, konduktivitas termalnya mencapai 8 kali tembaga, dan sepenuhnya tahan gores
Jika ada wajan dengan lapisan tipis stainless 430 untuk induksi, wafer berlian, lalu lapisan tipis stainless lagi, tampaknya pemanasan yang hampir sempurna merata akan mungkin di atas sumber panas apa pun
Semakin mahal harga wafer yang telah diproses, semakin kecil porsi biaya wafer bahan mentah. Jika ditambah litografi sinar-X, Hukum Moore pun mungkin bisa berlanjut cukup lama
Dalam 10 tahun terakhir, produsen berlian laboratorium dan moissanite murah di Tiongkok dan India tumbuh eksplosif
10 tahun lalu, sulit menemukan berlian laboratorium berkualitas tinggi dengan harga masuk akal, dan moissanite juga cukup mahal di kisaran 400~600 dolar per karat
Sekarang, karena persaingan sengit dan strategi harga yang terus menekan ke bawah, berlian laboratorium menjadi umum, kualitasnya juga sangat tinggi, dan sering kali di bawah 200 dolar per karat: https://detail.1688.com/offer/751071300271.html
Moissanite bahkan di harga ritel pun kurang dari 5 dolar per karat: https://detail.1688.com/offer/586468555080.html
Saya pernah membelinya langsung dan memang asli. Dalam 10 tahun ke depan, tampaknya berlian akan kehilangan hampir seluruh nilainya. Moissanite sudah hampir tidak bernilai, seperti ruby sintetis, dan tampaknya penggunaan industri baru untuk batu-batu ini akan terbuka
Ada kikir berlian, mata potong/roda/bor berlian, dan bahkan bisa dipakai untuk membuat kaca. Karena harganya, ini biasanya hanya dipakai di laboratorium yang benar-benar membutuhkannya, tetapi kegunaannya lebih banyak lagi
Banyak dari penggunaan ini tidak terlalu peduli pada ukuran, kualitas, atau transparansi. Alih-alih bergantung pada limbah atau barang afkir dari pemrosesan perhiasan, pasokan bisa dijamin dengan membuatnya langsung
Yang terutama bagus adalah bahwa berkat turunnya harga berlian sintetis, roda potong dan alat kikir berlian menjadi murah dan umum. Sekarang Anda bisa membeli satu set kikir berlian di Amazon dengan harga di bawah 10 dolar, dan itu cukup mengejutkan
Fakta bahwa mereka bertahan lebih dari 100 tahun saja sudah mengejutkan, tetapi menaikkan harga berlian secara artifisial lewat pemasaran cerdik dan kontrol pasokan jelas tidak produktif
De Beers mendorong pemasaran fiktif atas batu berkilau yang sebenarnya tidak ingin dibeli siapa pun, dengan narasi seperti “buktikan nilai dirimu kepada wanita yang kamu lamar”, dan orang-orang yang tidak terlalu paham pun termanipulasi untuk membelinya
Berlian juga sangat umum di luar angkasa, dan mungkin juga umum jauh di dalam Bumi. Penyesuaian harga adalah perubahan yang sehat dan menguntungkan umat manusia dalam jangka panjang. Tidak ada sisi baik dari dampaknya terhadap Afrika, dan masalah yang dulu tak dipedulikan siapa pun kini sedang terselesaikan dari arah lain
Mereka sudah tahu apa yang akan datang
Ke depan, hal serupa mungkin juga terjadi pada konten buatan manusia. Ini soal sinyal status bahwa Anda mampu membeli produk yang lebih inferior dan lebih mahal
Jika bermimpi menjadi penemu atau insinyur, patut melihat baik-baik bagaimana Hall diperlakukan di GE
Di tengah manajemen yang terus melemparkan berbagai hambatan, ia menemukan teknologi yang mengubah permainan, tetapi yang ia terima hanyalah kenaikan gaji 10% dan obligasi tabungan senilai 10 dolar
Jika melakukannya sendirian, ia mungkin bisa menjadi sangat kaya dengan memasok berlian sintetis ke seluruh dunia. Dengan asumsi ia tidak terseret sengketa hukum dengan mantan pemberi kerjanya, ia juga mungkin bisa mengembangkan teknologinya lebih jauh secara penuh waktu
Hanya karena orang-orang berkuasa mengatakan sebuah gagasan bukan ide yang bagus, bukan berarti itu benar-benar ide yang buruk. Tentu itu juga tidak berarti ide yang bagus, tetapi jika mereka berkata jangan membuatnya, jangan begitu saja menyerahkan ide keren itu dan biarkan orang lain mengambil untung saat ide itu menjadi tambang emas
https://en.wikipedia.org/wiki/Shuji_Nakamura#Careers
Sudah cukup lama berlian hasil laboratorium menjadi jauh lebih murah daripada berlian tambang. Dalam beberapa kasus bahkan 2–3 kali lebih murah
Menariknya, semakin murni berlian itu—semakin jernih dan semakin sedikit pengotor—harga per karatnya naik, lalu saat menjadi terlalu murni hingga berarti itu bukan alami melainkan buatan laboratorium, harganya justru turun
Saya mulai mempelajari berlian sejak 2 tahun sebelum melamar istri saya sekarang, dan mendalaminya sampai ke kimia, sejarah, dan pemasaran
Berlian buatan laboratorium sama sekali tidak perlu dipertimbangkan lama. Dengan uang yang di DeBeers hanya cukup untuk membeli 1 karat yang buruk, saya membeli batu besar tanpa cacat
Satu-satunya penyesalan adalah beberapa tahun kemudian harga berlian yang saya bayar pun kemungkinan akan jauh lebih mahal daripada harga pasar, tetapi bagaimanapun juga suatu saat saya memang harus menikah. Mungkin pada ulang tahun pernikahan ke-10 saya akan membelikannya berlian sebesar bola golf
Saya juga penasaran apakah tunangan Anda benar-benar mengharapkan berlian, dan apakah ia akan kecewa jika yang diberikan adalah benda lain yang hanya bernilai bagi kalian berdua
Kilauannya jauh lebih bagus, lebih murah, dan setidaknya di sekitar saya diterima sama indahnya
Namun jika pasangan Anda menginginkan “berlian asli”, maka yang buatan laboratorium pun tidak akan cukup
Saat bertunangan tahun lalu dan membeli cincin, saya membelinya dari tempat yang prosesnya sudah begitu rapi sampai tidak perlu datang ke toko secara langsung, dan mereka menggunakan permata hasil laboratorium
Kualitasnya cukup tinggi dan warnanya mengesankan, tunangan saya memilih safir merah muda, dan harganya juga jauh lebih rendah dari perkiraan
Pada titik ini saya tidak begitu paham mengapa seseorang masih menginginkan berlian “asli”. Anda bisa mendapatkan permata yang lebih baik dengan harga lebih murah, tanpa rasa tidak nyaman secara etis, dan fakta bahwa kita bisa merakit permata yang diinginkan sampai ke tingkat molekul itu sendiri sangat keren dari sudut pandang pecinta sains
Di sana ada energi mentah dan cerita. Bisakah air terjun megah yang dibuat para insinyur agar mengalir di atas batu produksi pabrik yang indah memberi rasa takjub sebesar air terjun yang terbentuk dari proses geologis selama ribuan tahun?
Kalimat “berlian laboratorium adalah bukti dari prinsip bahwa manusia bisa melakukan apa yang alam lakukan dengan lebih baik” terasa seperti kesombongan yang mendalam yang tersingkap dalam tulisan yang menarik itu
Berlian alami pada dasarnya sudah dijual besar-besaran, hanya saja perlahan. Orang-orang di industri ini sudah lama tahu hari seperti ini akan datang
Ini menjadi masalah klasik orang terakhir yang memegang tas
Di beberapa negara, persediaan yang dikumpulkan individu atau keluarga selama lama kini bernilai jauh lebih rendah. Struktur industri berlian berbeda-beda di tiap negara, tetapi semakin banyak stok yang dipegang dealer perorangan, semakin besar insentif mereka untuk menentang batu sintetis
Saya melihatnya langsung di Turki. Sekitar satu setengah tahun lalu saya memberi tunangan saya cincin moissanite yang sangat bagus, lalu ketika ditunjukkan kepada para toko perhiasan, kebanyakan dari mereka merasa perlu mempertontonkan sikap seperti, “Selamat atas pernikahannya, tetapi saya hanya bisa menangani batu asli. Hal seperti ini bahkan tidak layak dilihat”
Sulit menyalahkan mereka. Banyak toko keluarga seperti ini memegang stok berlian alami senilai ratusan ribu hingga jutaan dolar yang ditumpuk selama bertahun-tahun, lalu muncul barang yang harganya hanya sebagian kecil tetapi unggul dalam segala hal
Di beberapa bagian dunia, perlawanan terhadap permata buatan laboratorium bahkan bersifat keras. Namun industri berlian alami jauh lebih keras lagi, dan senang rasanya melihat cara penambangan berlian menjadi sesuatu dari masa lalu
Saat mempertimbangkan berlian, nilai jual kembali juga perlu dilihat. Dan ini sangat buruk
Untuk barang yang seharusnya nyaris tidak pernah aus, rasanya harga yang bersedia dibayar seseorang setelah dipakai mestinya mendekati harga sebenarnya
Pernyataan ini benar jika diberi beberapa catatan
Jika yang Anda minati adalah berlian kelas investasi yang layak ditangani rumah lelang besar, Anda akan melihat ukuran besar atau warna fancy yang belum bisa dicapai batu sintetis
Dalam perdagangan berlian, batu kasar tanpa cacat atau nyaris tanpa cacat di atas 100 karat kadang disebut “paragon”, dan ada riwayat contoh terkenalnya yang panjang, tetapi sejauh yang saya tahu, batu sintetis kelas permata terbesar masih sekitar 30 karat. Untuk warna yang vivid, batasnya ada pada ukuran yang jauh lebih kecil
Meski begitu, dalam beberapa dekade lagi tampaknya ini bisa melampaui alam. Setidaknya untuk berlian di Bumi, dan saya juga ingat pernah membaca tentang penemuan berlian luar angkasa sebesar bulan di suatu tempat
Harganya turun secepat batu yang dijatuhkan dari menara tinggi, dan warna serta pilihannya makin banyak. Dalam 10 tahun, untuk warna yang umum, hampir berlian apa pun kemungkinan bisa dibeli lebih murah daripada batu kasar 2 karat pada 2014
Jika Anda menyukai permata raksasa, bahkan sekarang Anda bisa membeli moissanite 1000 karat. Ada juga contoh 100 karat di Amazon.com: https://www.amazon.com/Gemonite-15CT-100CT-Moissanite-Colorl...
Itu sesuatu yang bahkan tak terpikirkan 10 tahun lalu. Industri berlian dan permata sedang berubah cepat
Berlian tidak pernah serumit yang ingin dipercayai para investor, dan situasinya akan memburuk