制造水晶

寶石是最硬的礦物件，在自然界中，一些礦物質在地底下形成，地下熾熱的液體巖漿- 巖漿- 冷卻。在液體里的一些原子和分子在不斷重復模式下，開始碰撞在一起，形成一個結構叫做水晶。如果礦物是美麗，穩定和稀有的，它就被人們當作是寶石。當礦物被加熱，高壓，或接觸到新的化學元素也會形成寶石。

圖:使用化學氣相沉積法CVD(chemical vapor deposition)方法，可以相對比較快的形成鉆石.

當火山爆發和山脈形成的時候，寶石被推向了地球的表面，隨著時間的推移，巖石分化之后，就露出了寶石。

為了在實驗室制造寶石，研究者們模擬了寶石在地球地表下形成的過程，每塊都有一定化學成分的配方，例如：翡翠是由鋁的氧化物(aluminum oxide)、鈹(beryllium)、硅(silica)和一些鉻(chromium)構成，紅寶石包含鋁的氧化物和一點點鉻。

科學家通常熔化這些構成寶石的成份，或者溶于水或其它化學溶劑中，再把混合物加熱到1000攝氏度—煮沸水的溫度的十倍。液體慢慢冷卻，冷卻的過程是消耗掉在混合物的原子和分子之間的能量，使得它們聚集到一起形成晶體，晶體不斷慢慢生長變大，就像磚塊不斷地堆積，形成房子一樣。

由于他們含有相同的成分，所以很難分辨出實驗室制造出來的寶石和自然界形成的寶石差別，但是它們有細微的差別。位于美國新墨西哥州東南部的卡爾斯巴德(Carlsbad)，一位寶石研究所的地質專家詹姆士.史格雷(James Shigley)說，例如，許多天然寶石包含少量的水分，但是一些實驗室制造出來的寶石沒有。

在寶石形成過程中，其它物質也被包含在寶石中形成，我們叫它們為夾雜物。由于科學家控制晶體生長的條件，實驗室制造出來的寶石具有極少的夾雜物。“天然寶石表達著地球一次幸運的意外”史格雷說。

巨大的擠壓

鉆石與其它寶石有些不同，因為它的形成過程需要巨大的壓力。想像一下埃菲爾鐵塔倒過來，尖端朝下，所有的重量都壓在幾厘米寬的區域的壓力。位于美國紐約市的自然歷史博物館的礦物專家，喬治.哈洛(George Harlow)說，這就是天然鉆石在很深的地底下形成所需要的壓力。

并且鉆石只有碳(carbon)一種化學元素構成，一種在所有生物體內都具有的元素。如果你一層層地像紙一樣排列碳原子，就能得到石墨(graphite)—它是一種非常柔軟的材料，在鉛筆的筆芯中就有這種物質。但是如果你讓每一個碳原子連接四個碳原子構成一種三維的結構，就能得到鉆石—它是一種極度強硬的物質。

圖：先進鉆石公司(Advanced Diamond Technologies Inc)使用鉆石開發出能夠檢測飲用水中細菌和產生信號的微型傳感器.

在美國佛羅里達州西部城市薩拉索塔(Sarasota)，一個叫戈麥斯(Gemesis)的公司具有幾百臺的鉆石制造機器。科學家們使用一塊很小的鉆石作為“種子”，他們把它放進一個含有石墨和一些秘密的其它化學混合物的陶瓷容器中，合上容器，用金屬塊夾住它，并加熱。

當石墨熔解了，石墨就分解成一個個單獨的原子，這些原子就貼到“種子”上，“種子”就開始生長了—鉆石就慢慢變大。戈麥斯(Gemesis)公司的技術與工程副總裁卡爾.帕爾遜(Karl Pearson)說：“四天后就出來了一顆鉆石”。