Berlian buatan

Intan sintetis (bahasa Inggris: Diamond carbon (nomina) ) adalah intan sedangkan Diamond non-carbon {adjektiva} (lihat: Diamond Swarovsky) lebih merujuk pada teknologi cutting atau pemotongan yang dibuat dengan proses teknologi, bukan dengan proses geologis seperti intan alami. intan sintetis juga dikenal dengan nama intan HPHT dan Berlian CVD, di mana kedua nama tersebut merupakan jenis metode pembuatannya (high pressure high temperature dan chemical vapor deposition).

Beberapa klaim tentang berlian sintetis diketahui antara 1879 hingga 1928, seluruh pecobaan yang dilakukan secara hati-hati dianalisa, namun tidak ada yang dikonfirmasi. Di tahun 1940, penelitian secara sistematis dimulai di Amerika Serikat, Swedia, dan Uni Soviet untuk menumbuhkan berlian menggunakan proses CVD dan HPHT. Sintetis yang mampu dilakukan ulang dilaporkan sekitar tahun 1953. Kedua proses masih mendominasi pembuatan berlian sintetis. Metode ketiga, sintesis peledakkan, telah memasuki pasar berlian di akhir tahun 1990an. Pada proses ini, butiran berlian berukuran nanometer dibuat dengan meledakkan karbon yang mengandung bahan peledak. Metode keempat, mengolah grafit dengan ultrasonik berkekuatan tinggi, telah dilakukan di laboratorium, namun belum ada aplikasi komersialnya.

Sifat berlian sintetis bergantung pada detail proses pembuatannya, dan dapat melebihi sifat berlian alami. Sifat kekerasan, konduktivitas termal, dan mobilitas elektronnya dapat melebihi berlian alami. Akibatnya, berlian sintetis secara luas dipergunakan untuk abrasif, pemotong dan alat penghalus dan peredam panas. Aplikasi elektronik berlian sintetis ada pada saklar berkekuatan tinggi pada pembangkit listrik, transistor medan efek berfrekuensi tinggi, dan LED. Detektor sinar ultraviolet atau partikel berenergi tinggi yang terbuat dari berlian sintetis digunakan pada fasilitas penelitian berenergi tinggi dan tersedia secara komersial. Karena kombinasi yang unik antara kestabilan termal dan kimia, pemuaian pada suhu rendah, dan sangat bening pada range spektrum yang luas, berlian sintetis menjadi material yang paling populer untuk jendela optis pada laser CO² berkekuatan tinggi dan gyrotron.

Berlian CVD dan HPHT dapat dipotong menjadi batu perhiasan dan berbagai variasi warna dapat diproduksi menggunakan kedua metode ini: puith jernih, kuning, coklat biru, hijau, dan jingga. Penampilan batu perhiasan sintetis di pasar menghasilkan kekhawatiran pada perdagangan berlian alami, sehingga alat dan teknik spektroskopik khusus telah dikembangkan untuk membedakan berlian sintetis dan berlian alami.

Sejarah

Setelah penemuan di tahun 1797 bahwa berlian merupakan karbon murni, banyak percobaan dilakukan untuk mengubah berbagai bentuk karbon yang murah menjadi berlian. Keberhasilan pertama dilaporkan oleh James Ballantyne Hannay di tahun 1879 dan oleh Ferdinand Frédéric Henri Moissan di tahun 1983. Metode mereka dengan memanaskan arang di atas temperatur 3500 oC dengan besi di dalam tungku pelebur karbon. Hannay menggunakan tube yang dipanaskan dengan api, Moissan mengaplikasikan teknologi terbaru tungku busur listrik, di mana busur listrik diletakkan di antara tongkat karbon di dalam sebongkah batu kapur.

Banyak peneliti mencoba meniru eksperimen mereka. Sir William Crookes menyatakan kesuksesannya di tahun 1909. Otto Ruff mengklaimnya di tahun 1917 bahwa telah memproduksi berlian berdiameter 7 mm, namun ia segera menarik pernyataannya. Di tahun 1926, Dr. Willard Hershey dari McPherson College meniru eksperimen Moissan dan Ruff, memproduksi berlian sintetis. Hasil karyanya dipublikasikan di Museum McPherson, Kansas.

Hasil penelitian dan percobaan ulang yang paling valid dilakukan oleh Sir Charles Algemon Parsons. Peneliti dan insinyur terkenal karena penemuan turbin uapnya ini menghabiskan 40 tahun hidupnya untuk melakukan kembali metode Moissan dan Hannay, namun ia juga mengadopsi metodenya sendiri. Ia menulis sejumlah artikel, yang menyebutkan berlian HPHT pertama, di mana ia mengklaim telah memproduksi sejumlah kecil berlian. Ia menyatakan bahwa tidak pernah ada berlian sintetis, termasuk hasil penemuan Moissan dan lainnya, yang telah diproduksi ketika itu. Ia menduga bahwa mereka hanya menghasilkan spinel sintetis.

Proyek Berlian General Electric

Di tahun 1941, sebuah persetujuan dibuat antara General Electric (GE), Norton, dan perusahan Carborundum untuk mengembangkan berlian sintetis lebih jauh lagi. Mereka mampu memanaskan karbon hingga 3000 oC di bawah tekanan 3,5 gigapascal selama beberapa detik. Segera ketika itu, Perang Dunia II mempengaruhi proyek tersebut. Proyek ini dimulai kembali di tahun 1951 di Laboratorium Schenectady milik GE, dan kelompok perusahaan berlian bertekanan tinggi dibentuk oleh F. P. Bundy dan H. M. Strong. Tracy Hall dan yang lainnya ikut dalam kelompok ini segera setelah itu.

Kelompok Schenectady mengembangkan landasan tempa yang dirancang oleh Percy Bridgman, yang menerima Hadiah Nobel karena hasil karyanya di tahun 1946. Bundy dan Strong melakukan peningkatan pertama, lalu dilakukan lebih banyak lagi oleh Hall. Kelompok GE menggunakan landasan tempa tungsten karbida dalam tekanan hidrolik untuk menekan sample yang mengandung karbon dalam kontainer catlinite, kerikil yang telah melalui proses dikeluarkan dari kontainer menuju suatu wadah. Tim merekam sintesis berlian dalam satu percobaan, namun eksperimen tidak dapat diulang karena kondisi sintesis yang tidak pasti.

Hall mencapai kesuksesan komersial yang pertama dalam mensintesis berlian pada 16 Desember 1954, dan diumumkan pada bulan Februari 1955. Terobosannya memanfaatkan sabuk tekan, yang mempu menghasilkan tekanan hingga 10 GPa dan temperatur di bawah 2000 ^oC. Sabuk tekan menggunakan kontainer pyrophyllite di mana grafit dilarutkan dalam campuran nikel, kobalt, dan besi cair. Logam-logam tersebut berperan sebagai katalis larutan, yang melarutkan karbon serta mempercepat konversi menjadi berlian. Berlian terbesar yang diproduksi berukuran o,15 mm, terlalu kecil dan secara visual tidak sempurna bagi penjual berlian, namun berguna sebagai abrasif di industri. Rekan kerja Hall dapat mereplikasi pekerjaannya, dan penemuannya dipublikasikan pada jurnal Nature. Ia orang pertama yang mampu menumbuhkan berlian sintetis dan dapat diulang, diverifikasi, dan dengan proses yang didokumentasi dengan baik. Ia meninggalkan GE di tahun 1955, dan tiga tahun kemudian mendirikan bagian baru dalam sintesis berlian, tekanan tetrahedral dengan empat landasan tempa, untuk menghindari pelanggaran pada paten miliknya yang lalu, yang masih dimiliki GE. Hall menerima penghargaan dari American Chemical Society atas penemuan kreatifnya dalam mensintesis berlian.

Sebuah usaha sintesis berlian dilakukan pada 16 Februari 1953 di Stockholm oleh ASEA (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget), sebuah perusahaan manufaktur barang elektronik. Dimulai di tahun 1949, ASEA mempekerjakan sebuah tim yang terdiri dari lima ilmuwan dan insinyur sebagai bagian dari proyek pembuatan berlian rahasia yang dinamai QUINTUS. Tim menggunakan bulky split-sphere apparatus yang didesain oleh Baltzar von Platen dan Anders Kämpe. Tekanan dipertahankan dalam alat yang diperkirakan sebesar 8,4 GPa selama satu jam. Sejumlah kecil berlian diproduksi, namun bukan yang berukuran batu perhiasan. Hasil pekerjaannya tidak dilaporkan hingga tahun 1980an. Selama tahun 1980an, kompetitor baru bermunculan di Korea, dengan nama perusahaan Iljin Diamond, dan lalu diikuti ratusan perusahaan asal China. Iljin Diamond dapat mensintesis berlian dengan menyelewengkan rahasia perdagangan dari GE melalui mantan pegawai GE asal Korea.

Kristal berlian sekelas batu perhiasan pertama kali diproduksi di tahun 1970 oleh GE, yang dilaporkan pada tahun 1971. Kesuksesan pertama tersebut akibat penggunaan tuba pyrophyllite yang ditanamnkan pada setiap ujungnya dengan lapisan tipis berlian. Material grafit ditempatkan di tengah dan logam terlarut (nikel) di antara grafit dan benih berlian. Kontainer dipanaskan dan tekanan meningkat hingga 5,5 GPa. Kristal tumbuh seperti mengalir dari tengah hingga ujung tuba. Meningkatkan lamanya proses akan menghasilkan kristal yang berukuran lebih besar. Pada awalnya, proses penumbuhan yang memakan waktu selama satu minggu menghasilkan berlian berukuran 5 mm (1 karat, 0,2 gram), dan kondisi proses harus stabil.

Berlian yang diproduksi ketika itu selalu berwarna kuning hingga coklat akibat kontaminasi nitrogen. Inklusi atau penambahan mineral umum dilakukan. Memindahkan seluruh nitrogen dari proses dengan menambahkan alumunium atau titanium menghasilkan berlian tak berwarna, dan pemindahan nitrogen disertai penambahan boron akan menghasilkan berlian berwarna biru. Memindahkan nitrogen dari proses juga memperlambat proses dan mengurangi kualitas kristalin, sehingga proses umumnya dilakukan dengan kehadiran nitrogen dalam proses.

Meski berlian GE dan berlian alami secara kimiawi identik, sifat fisik antara keduanya tidaklah sama. Berlian tak berwarna menghasilkan efek fluoresensi dan fosforesensi yang kuat di bawah sinar ultra violet dengan panjang gelombang pendek, namun menjadi inert ketika diberi sinar UV dengan panjang gelombang yang panjang. Di antara berlian alami, hanya berlian berwarna biru yang langka yang menghasilkan efek seperti ini. Tidak seperti berlian alami, berlian GE menunjukkan fluoresensi kuning yang kuat di bawah sinar X. De Beers Diamond Research Laboratory telah menumbuhkan berlian hingga 25 karat (5 gram) untuk tujuan penelitian. Kondisi HPHT yang stabil dijaga selama enam minggu untuk menghasilkan berlian berkualitas tinggi seperti ini, namun jika untukt ujuan komersial, penumbuhan biasanya dihentikan ketika berlian mencapai berat 1 karat (0,2 gram) hingga 1,5 karat (0,3 gram).

Di tahun 1950an, penelitian dimulai di Uni Soviet dan Amerika Serikat dalam penumbuhan berlian dengan pirolisis gas hidrokarbon pada temperatur yang relatif rendah, yaitu 800 ^oC. Metode ini dinamakan deposisi uap kimia (chemical vapor deposition, CVD). Deryagin dan Fedoseev secara sukses membuat lapisan berlian dari material non berlian (silikon dan logam), yang memicu penelitian besar-besaran dalam penelitian pembuatan berlian yang murah.

Pranala luar

• HPHT
• New Diamond Age dari Wired Magazine
• Laboratorium Geofisika Institut Carnegie