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钻石

矿物和珠宝
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钻石（古希腊语：ἀδάμας；法语、德语：Diamant；英语：Diamond；俄语：Алмаз），一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，为五种枢要宝石的一种，化学和工业应用中称为金刚石。钻石是碳元素组成的无色晶体，为已知硬度最高的天然物质。[3]

金刚石
这种在基质中的钻石原石晶体的略微畸形八面体形状是该矿物的典型特征。它有光泽的表面也表明这种晶体来自原生矿床。
基本资料
类别自然元素矿物
化学式C
IMA记号Dia[1]
性质
分子量10
颜色无色，少见蓝、绿、黄、褐、黑、紫、粉，橘、红色等[2]
晶体惯态八面体
晶系等轴晶系
解理{111}完全解理
断口贝壳状
莫氏硬度10[2]
光泽金刚石光泽[2]
条痕白色
透明性透明至微透明
比重3.52 (+/- .01)[2]
密度3.5 - 3.53g/cm³
抛磨光泽金刚石光泽[2]
折射率2.4175–2.4178
双折射无[2]
多色性无[2]
色散率0.044[2]
熔点常压下升华或发生相变

化学性质

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钻石的正八面体晶体结构

晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型为金刚石结构，因此未经琢磨过的晶体外形往往为正八面体。金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，不导电，熔点在3815℃。金刚石在纯氧中燃点为720-800℃，在空气中为850-1,000℃。在工业上，金刚石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具。形状完整的金刚石经过打磨，称为钻石，可用于制造高档饰品，价格非常昂贵。[4]

碳有数种已知的同素异形体：不定形碳 ，碳奈米泡沫 ，金刚石，蓝丝黛尔石 ，蜡石 ，聚合钻石奈米棒 ，环碳石墨烯、石墨和富勒烯。在热力学上，金刚石的稳定性低于石墨，可自发转变为石墨，但常温常压下这一转变的速度很慢，可以忽略不计，因此钻石得以稳定存在。自然界形成的金刚石一般形成于地球内部高温高压的环境，后来被火山喷发等地壳构造运动带到地表，因此许多金刚石发现在火山附近。现代工业可在高温高压下生产金刚石，称为“合成金刚石”。

物理性质

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金刚石的莫氏硬度为10；由于硬度最高，钻石的切割和加工必须使用金刚石粉或镭射（比如532nm或者1,064nm波长镭射）来进行。金刚石的密度为3.52g/cm3，折射率为2.417（在500纳米光波下），色散率为0.044。

工业用途

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由于金刚石的硬度极高且导热性极高，用于沙纸、钻探、研磨工具之上，可以用来切削和刻划其他物质，以及大型集成电路等散热板上。

然而，自从1955年通用电气发现透过高温高压获得人造金刚石的技术后，科学家会利用高温高压制成金刚石微粒，而现在细小颗粒的合成钻石已经较同级天然钻石便宜。故此，天然钻石的工业价值已经完全消失，目前的主要用途已仅限于首饰与观赏。

观赏用途

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金刚石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，称作钻石。巨型的美钻往往价值连城。当钻石带有蓝、绿或粉红色属十分罕有，而颜色深而鲜艳则价钱更高；目前最昂贵的有色钻石，要属带有浓艳红色的钻石。[5]

钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含；二型不含。而蓝色的钻石是二B型的，是半导体。

釐定的标准

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钻石产区图

传统釐定钻石价值高低的标准是“4C”制度，即克拉、色泽、净度、和切割。

克拉（Carat）

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主条目：克拉

克拉，或译卡、卡拉（Carat），是钻石的质量单位。一克拉相等于200毫克，相传早期钻石商人称量钻石所用的砝码为稻子豆树（carob）果实，一粒这样的果实大约就重200毫克。因为钻石的密度基本上相同，因此越重的钻石体积越大。越大的钻石越稀有，每克拉的价值亦越高。下表为2005年时的价格比较。[6]

克拉 每克拉价值（美元） 总值
0.5克拉 3,000 1,500
1.0克拉 5,000 5,000
1.5克拉 7,000 10,500
2.0克拉 10,000 20,000
3.0克拉 15,000 45,000
5.0克拉 20,000 100,000

净度（Clarity）

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主条目：钻石净度

净度以钻石内的内含物多少决定。内含物可能是天然的杂质或裂痕。内含物的数量、位置、大小等都会影响评级。钻石矿开采出来的金刚石中，只有20%可以成为宝石，其余的因为内含物较多通常只能作工业用途。而20%~40%的宝石级钻石中，大部分都包含肉眼可见的内含物。在此级别以上的钻石较为大众喜爱。至于属完美级别的钻石更为罕有，被称为“博物馆级”钻石。通常使用10倍放大镜观察钻石内部及表面内含物的大小、数量、分布及对钻石光彩影响的程度，分出等级。一般通行的净度分级如下：

  • FL - “Flawless”，完美无瑕。一般显示在放大100倍无夹杂内含物或外部瑕疵。
  • IF - “Internally Flawless”，内部无瑕。在100倍放大倍率下显示没有夹杂内含物，但它们可能显示出一些细微的外面瑕疵，而那些瑕疵可以用抛光移除掉。
  • VVS1, VVS2 - “Very Very Slight”，非常微小。内含物在100倍的放大镜以下看非常困难，正常肉眼是不会看到内含物，用显微镜或放大镜亦很难找到它们的内含物。
  • VS1 and VS2 - “Very Slight”，非常小。在10倍放大镜下会看到轻微的内含物，但内含物通常在放大镜或显微镜下才能看到。
  • SI1 and SI2 - “Slight Inclusions”，小型内含物。在10倍的放大镜下会明显看到内含物，并且内含物是有可能是肉眼可见的。
  • I1, I2 and I3 - “Imperfect”，清楚的内含物，可以被肉眼看见，这级别的钻石耐用程度亦会受到内含物的影响而降低。

现代科技之下，有些钻石的内含物是可以修补的。不过修补过的钻石的价值会稍低。

色泽（Color）

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钻石的色泽会因为化学上的杂质而有所偏差。完全纯正的钻石应该是透明无色的。钻石偏向不同的颜色会影响它的价值。绝大部分的钻石都是因为带有氮原子而偏黄。白钻越偏黄，价值便越低。但是偏粉红或蓝的钻石价格却较高。颜色强烈偏向粉红或蓝的钻石可能价值连城。

一般的方法是把钻石按偏黄的程度分为不同的等级，把样品与已知色级的比色石对比确定，以D级最高，Z最低。

  • 无色：D, E, F
  • 接近无色：G, H, I, J
  • 微黄：K, L, M
  • 轻浅黄：N, O, P, Q, R
  • 浅黄：S, T, U, V, W, X, Y, Z

在考虑钻石色泽时，同时也应将萤光反应考虑在内，萤光反应是指钻石曝露于紫外线光线下时，所发生的反应颜色光。但是萤光反应甚少对钻石的价值发生影响，除非是具有非常强烈萤光的钻石会影响其透明度及光彩，而产生油濛状的外表，如此将减损钻石的美丽及价值，但是若其萤光不至使钻石产生油濛状外观，则不应将其视为一种缺点。

萤光反应其强弱分为1. NONE 2. FAINT 3. MEDIUM 4. STRONG 5. VERY STRONG五级。[7]

钻石颜色分级表[8]
GIA 状态： 现在 AGS 状态： 现在 AGS 状态： 历史：1995年前 CIBJO状态： 现在 IDC 状态： 现在 Scan. D.N. 状态： 现在 Old World Terms 状态： 历史
分级及描述[9] 分级及电子色表[10] 分级及电子色表[10] 分级[11] 分级及描述[11] 50克拉或以上的分级[12] 50克拉以下的分级 series 1 scale[11] series 2 scale[11]
D 无色 0 0 - 0.49 0 0 - 0.75 Exceptional white + Exceptional white + 无色 River 白色 Finest White Jager
E 0.5 0.5 - 0.99 Exceptional white Exceptional white River
1 0.76 - 1.35
F 1.0 1.0 - 1.49 Rare white + Rare white + Colorless when viewed through the crown Top Wesselton Fine White
2 1.36 - 2.00
G 接近无色 1.5 1.5 - 1.99 Rare white Rare white Top Wesselton
H 2.0 2.0 - 2.49 3 2.01 - 2.50 White White Wesselton White Wesselton
I 2.5 2.5 - 2.99 4 2.51 - 3.0 Slightly tinted white Slightly tinted white Slightly colored Top Crystal Slightly tinted white Commercial White Top Crystal
J 3.0 3.0 - 3.49 5 3.01 - 3.75 Crystal Top silver cape Crystal
K 微黄 3.5 3.5 - 3.99 有色白 有色白 Top cape 有色白 Top cape
6 3.76 - 4.5 Silver cape
L 4.0 4.0 - 4.49
M 4.5 4.5 - 4.99 7 4.51 - 5.50 有色1 有色 Slightly colored to colored Cape 有色 Light cape Cape
N 轻浅黄 5.0 5.0 - 5.49 有色2 Low Cape
O 5.5 5.5 - 5.99 8 5.51 - 7.0 浅黄 Cape 轻浅黄
P 6.0 6.0 - 6.49 浅黄
Q 6.5 6.5 - 6.99
R 7.0 7.0 - 7.49 9 7.01 - 8.5
Dark cape
S 浅黄 7.5 7.5 - 7.99 有色3 黄色
T 8.0 8.0 - 8.49
U 8.5 8.5 - 8.99 10 8.51 - 10.00
V 9.0 9.0 - 9.49
W 9.5 9.5 - 9.99
X 10.0 10 + 10+
Y
Z

切割（Cut）

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钻石切割法的演进

切割指金刚石是如何从原先开采的石矿中切割成宝石。切割往往是最能影响钻石的品量及价值的一个指标，但是它却没有单一的分级方法。

形状

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未经切割打磨的金刚石并没有燿灿生辉的光芒。切割的功用是把钻石割成可以尽量增加光线反射的形状。钻石的切磨也因刻面的形状、数量及其排列方式的不同，而有不一样的型式，例如：明亮式“BRILLIANT”、阶梯式“STEP”、混合式“MIXED”……等等。1919年数学家Marcel Tolkowsky发明了一种切割方法，能令钻石在上方看来最为生辉。这种切割方法被称为圆多面型也就是圆形明亮式（Round Brilliant），亦即最为常见的圆形钻石。这种钻石一般标准是有五十七个面或五十八个面，三十三面在冠部，二十四个面或二十五个面（即在底尖处再磨一个面）在腰以下。不属于这种切割的形状称为Fancy Cut，包括有方形、梨形、心形等。

几种常见的切割形式

  • 圆形（Round Cut）
  • 公主正方形（Princess Cut）
  • 梯方形（Emerald Cut）
  • 上丁方形（ Assher Cut）
  • 榄尖形 （Marquise Cut）
  • 明亮切形（Radiant Cut）
  • 椭圆形（Oval Cut）
  • 梨形（Pear Cut ）
  • 心形（Heart Cut）
  • 牡丹花88瓣切割法（Peonia Diamond独家技术）
  • 垫形（Cushion Cut）

质素

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同级重量、颜色，而切割得宜的钻石，显得比切割差的钻石更为燿灿。判断切割是否优良，要看钻石的各种比例，各面是否对称，各种角度等等。有时钻石的切割角度相差数度，便会造成截然不同的效果。

切割完的钻石，往往只有原石的一半重量。为了在钻石保留最多的重量，或者要避开原石上的杂质，有些钻石切割时会牺牲完美的切割比例。

国际宝石鉴定

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主条目：钻石鉴定

有关于钻石专有名词的释意

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全深百分比“DEPTH%”： 高÷宽（平均直径）= 全深百分比以宽度为基准（圆形则以平均直径数为基准）。

桌面百分比“TABLE%”： 圆钻：桌面最长之对角线÷宽（平均直径） 花式钻石：桌面宽度÷宽（平均直径）

星形刻面百分比“STAR LENGTH PERCENTAGE”：星形刻面长度占腰围至桌面边缘的百分比。

冠部角度“CROWN ANGLE”：风筝刻面与腰围平面的夹角。

冠高百分比“CROWN HEIGHT PERCENTAGE”： 冠部高度百分比=（冠部高度÷平均腰围直径）*100

底深百分比“PAVILION DEPTH PERCENTAGE”： 底深百分比=（底深÷平均腰围直径）*100

底部角度“PAVILION ANGLE”：又称亭部角度，腰围平面与底部刻面所形成的夹角。

腰围分等“GIRDLE”：腰围共分为八个等级，一般而言当然以厚薄适中为最理想。

  1. 极薄（EXTERMELY THIN）
  2. 很薄（VERY THIN）
  3. 薄（THIN）
  4. 适中（MEDIUM）
  5. 稍厚（SLIGHTLY THICK）
  6. 厚（THICK）
  7. 很厚（VERY THICK）
  8. 极厚（EXTREMELY THICK）

尖底“CULET” 尖底大小依次分等如下：

  1. 无（POINTED OR NONE）
  2. 很小（VERY SMALL）
  3. 小（SMALL）
  4. 中大（MEDIUM）
  5. 稍大（SLIGHTLY LARGE）
  6. 大（LARGE）
  7. 很大（VERY LARGE）
  8. 极大（EXTREMELY LARGE）

修饰“FINISH”:包括了磨光“POLISH”和对称“SYMMETRY” 通常以以下五级为评定标准：

  1. 极优（EXCELLENT）
  2. 优良（VERY GOOD）
  3. 良好（GOOD）
  4. 尚可（FAIR）
  5. 不良（POOR）

出产

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参见：钻石矿和en:List of diamond mines

每年大约1.3亿克拉（26,000千克）的钻石被开采，总值接近美元90亿美元。每年有100,000千克的钻石被合成。 [13]

大约49%的钻石来自非洲中部和南部，虽然在加拿大、印度、俄罗斯、巴西和澳大利亚已发现重要来源钻石矿。它们是从由金伯利岩和钾镁煌斑岩（lamproite）组成的火山管道中开采出来的。地球深处的高温及高压使钻石形成，而这些管道能将钻石从地下带到地表。

目前钻石供应链被部分大公司控制，并且高度集中于世界少数地区。 2012年9月，俄罗斯宣称在其境内的波皮盖陨石坑发现超过全球储量总和的钻石矿。

根据贝恩公司的报告，2018年全球钻石产量为1.47亿克拉，预计2019年产量为1.42亿克拉。[14]

血钻

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主条目：血钻

天然钻石的开采常常是引起冲突的主题，例如由非洲准军事部队贩卖、在战地开采的钻石称为“血钻”（blood diamonds）又称为“冲突钻石”。[15] 因为血钻成为许多原产地国家长期内战的原因，因此联合国决议禁止购买来自内战国家的钻石。血钻的交易，导致有人建议在“4C”制度四个标准下，再增加“道德”（conscience）这个新标准，提升为“5C”制度，来证明该钻石不是用来资助战争，以及在设备安全的钻矿开采，并且过程中没有雇用童工或非法外籍劳工。在新制度下，超过一克拉的钻石将附上载有开采钻矿照片的电脑芯片。[来源请求]

合成钻石

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主条目：合成钻石

合成钻石试图利用复制高温高压的环境施加于晶种上，人工制造钻石的生长现象。

近年由于钻石的高导热性，合成钻石也望成为取代硅成为半导体材料大幅加快电子产品性能，许多公司也在研发“钻石电脑”的概念；甚至有人喊出硅谷将改名为钻石谷，日本电信电话公司（NTT）2003年就宣布已经开发出一种工作频率为81GHz执行速度高于先前元件速度两倍的钻石半导体（diamond semiconductor）元件。NTT称这项进展显示着首次能够放大30GHz~300GHz频段的mm波，强化数位电视广播的能力。[16]

20世纪的科技以往只能制造极小的钻石颗粒，附加于沙轮和切割刀上做工业用途，没有珠宝价值，化学气相沉淀法发明后有出现较大颗粒钻石但是多半有杂色泽和杂质，尺寸也还是相对小。

但是毛河光等人公开发表CVD钻石的研究申请专利后，全世界有百家实验室一窝蜂投入这种CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉淀）钻石研发，但因无法突破钻石生长的速度后来纷纷退出，毛河光的实验室则是耗费百万美元不断实验，终于2005年发表发现了人工钻石迅速长大的秘方，生产出10克拉纯洁钻石一举轰动钻石业界，其后毛河光只表示与多家珠宝厂商洽谈量产应用中，从此深居简出也没有再发表过钻石相关论文、也没有后续生产应用的公开消息，成为学术界一大谜团。[17]2010年毛河光研究小组的蒙宇飞博士合成出目前世界上最大的CVD无色钻石，切割后达2.3克拉，外观媲美优质天然钻石。[18][19]

现主要生产国为美国、俄罗斯、爱尔兰及南非等。2019年央视报导中国科学院突破以籽金片和甲烷气体制造人工钻石，能以每小时0.007毫米的速度生长，每个气体槽中每星期可以长出一克拉大小。[20]

钻石保养

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由于钻石的成分是碳，故忌高温，1克拉的钻石在一般火灾现场（温度1,130度）经过70分钟后就会完全变成二氧化碳。钻石虽然坚硬，但若将两颗钻石放在一起会互相刮花。因此应将钻石独立放在首饰盒内，避免与其他饰物同时存放。每年可以将钻石首饰拿给珠宝商检查一次，查看镶托是否松脱与磨损，重新给它固定和擦亮。钻石对油脂有粘结性，粘上皮肤油脂、化妆品及厨房油脂的钻石会失去光泽，因此应每月清洗一次。清洗方法是：将铂金首饰浸入首饰清洗液中约5分钟，取出后用小牙刷轻刷钻石，再将其放入滤网上用水冲洗，最后用软布吸干水分。清洁钻石应该以清水加入少量清洁剂，浸泡后以软身的毛刷洗刷钻石，再以清水冲洗并将水分吸干。也可以专业钻石抹布轻轻抹擦钻石，或到购买之钻饰店请职员代替清洗。钻石的碳键在紫外线强烈或长期照射下会分解，所以应当保存最实在无阳光或紫外线照射的地方。以防钻石表面出现类似腐蚀的痕迹。洗碗或做粗活时不要佩戴钻石，钻石虽然坚硬，但是若依其纹理方向受到重击可能会有刮损。钻石应小心避免碰撞或摔落，钻石虽然硬度最高，但韧性却相对的小，由高处摔落虽不会碎，但会崩裂。

市场交易模式

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钻石交易须透过特定的机构方能买卖，极具封闭性的市场，现今全球过半数的钻石原石集中于英国伦敦的中央统售机构（Central Selling Organization，CSO），全球仅不到百家的看货商可以向该机构购买。其中知名的钻石品牌商戴比尔斯（De beers，其经典广告词：钻石恒久远，一颗永流传）[21]则是在此市场拥有庞大的权力，而日本可于中央统售机构看货的仅有田崎真珠。钻石原石经过裁切后，再透过钻石交易所贩售后，到达各个通路，再销售予一般消费者手中。[22]

图集

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  • 著名的钻石
  •  
    Darya-ye Noor
  •  
    Dresden Grün（克隆）
  •  
    弗伦提那钻石（克隆）
  •  
    希望钻石
  •  
    Jubilee（克隆）
  •  
    Koh-i-Noor（克隆）
  •  
    Orlov（克隆）
  •  
    Star of the South（克隆）
  •  
    Tiffany Yellow（克隆）
  •  
    Wittelsbach-Graff

相关条目

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参考资料

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  1. ^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320 [2022-11-01]. Bibcode:2021MinM...85..291W. ISSN 0026-461X. S2CID 235729616. doi:10.1180/mgm.2021.43. （原始内容存档于2022-07-22）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Gemological Institute of America, GIA Gem Reference Guide 1995, ISBN 0-87311-019-6
  3. ^ Bestimmung und Eigenschaften des Diamanten. Diamanten Infos. [2020-05-09]. （原始内容存档于2021-03-17）. 
  4. ^ Bonewitz, Ronald L. Steine & Mineralien: Gesteine, Mineralien, Edelsteine, Fossilien Dorling Kindersley Verlag, Starnberg, 2012, ISBN 3-83101-469-8.
  5. ^ Schumann, Walter. Edelsteine und Schmucksteine: Alle Arten und Varietäten 1900 Einzelstücke BLV Buchverlag, München, 16 Auflage, 2013, ISBN ISBN 3-83541-171-3.
  6. ^ Unité de mesure et de poids du diamant : le carat. www.diamants-infos.com. [2020-05-09]. （原始内容存档于2021-04-24）. 
  7. ^ 鑽石基本知識. [2011-02-17]. （原始内容存档于2010-04-13）. 
  8. ^ Organizations: GIA - Gemological Institute of America, AGI - Antwerpse Gemologische Instelling, AGS - American Gem Society, CIBJO - Confédération International de la Bijouterie, Joaillerie, Orfèvrerie des Diamantes, Perles et Pierres（World Jewellery Confederation）,IDC - International Diamond Council, Scan. D.N. - Scandinavian Diamond Nomenclature
  9. ^ Diamond Grading: Lab Manual Gemological Institute of America, Carlsbad, 2004
  10. ^ 10.0 10.1 The AGS Way: Diamond Grading Standards American Gem Society, 1999
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 11.3 Pagel-Thielsen, Verena G.G., F.G.A. Diamond Grading ABC: The Manual Rubin & Son n.v., Antwerp, 9th edition, 2001, ISBN 3-9800434-6-0.
  12. ^ Engagement Diamond FAQ. [2009-07-08]. （原始内容存档于2008-01-10）. 
  13. ^ Yarnell, A. The Many Facets of Man-Made Diamonds. Chemical and Engineering News. 2004, 82 (5): 26–31 [2009-07-08]. （原始内容存档于2008-10-28）. 
  14. ^ 存档副本 (PDF). [2020-08-20]. （原始内容存档 (PDF)于2020-08-20）. 
  15. ^ Conflict Diamonds. United Nations. 21 March 2001 [2009-05-05]. （原始内容存档于2012-10-23）. 
  16. ^ NTT称钻石半导体应用问世. [2010-01-11]. （原始内容存档于2008-07-24）. 
  17. ^ 超大人工钻石问世 互联网档案馆的存档，存档日期2012-04-23.
  18. ^ Making multicarat diamond 互联网档案馆的存档，存档日期2012-06-13.
  19. ^ Meng diamond 2012. [2013-03-31]. （原始内容存档于2012-06-13）. 
  20. ^ 中科院“种”出了钻石 1星期能长1克拉. nimte.cas.cn. [2020-05-09]. （原始内容存档于2021-03-17）. 
  21. ^ De Beers Jewellers | Home of Diamonds since 1888 | De Beers US. www.debeers.com. [2020-05-09]. （原始内容存档于2021-05-07）. 
  22. ^ (日) 资源问题研究会. 世界資源真相和你想的不一樣. 由刘宗德翻译. 北京: 新世界出版社. 2010. ISBN 978-7-5104-1431-2. 

外部链接

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