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다이아몬드의 속성에 대해 얼마나 알고 있나요?
다이아몬드 가이드: 보석상을 위한 다이아몬드 가이드: 종류, 색상, 컷 및 광채
다양한 결정 형태의 다이아몬드
목차
섹션 I 다이아몬드의 화학 성분
섹션 II 다이아몬드의 분류
다이아몬드에서 가장 흔한 미량 원소는 질소입니다. 질소(N)는 격자에서 탄소(C)를 동형 형태로 대체하며, 질소(N) 원자의 함량과 발생 형태는 다이아몬드 특성에 중요한 영향을 미치며 다이아몬드 분류의 기준이 되기도 합니다.
다이아몬드는 미량 원소인 질소(N)의 함유 여부에 따라 타입 I과 타입 II로 분류할 수 있습니다. 또한 격자 내 질소(N) 원자의 형태와 특성에 따라 타입 I 다이아몬드는 타입 Ia와 타입 Ib로 세분할 수 있으며, 다이아몬드의 미량 원소 붕소(B) 함유 여부에 따라 타입 IIa와 IIb로 분류할 수도 있습니다.
1. 유형 Ia 다이아몬드
타입 Ia 다이아몬드는 다이아몬드 구조 내에 질소(N) 원자가 질서정연하게 응집된 상태로 포함되어 있습니다. 구체적으로 다음과 같은 상황으로 나눌 수 있습니다.
(1) 쌍을 이룬 질소 원자. 질소(N)가 다이아몬드 내 인접한 탄소 원자 두 개를 동시에 짝을 이룬 형태로 치환하여 안정적인 응집 상태를 형성할 때 이를 IaA형 다이아몬드라고 하며, 이 응집된 형태를 A형 응집체라고 합니다. A 응집체의 특징적인 흡수 대역은 1282cm에서 적외선 영역 흡수입니다.-1.
(2) 삼원자 질소. 고온과 고압에 장기간 노출되면 다이아몬드의 질소(N)가 다이아몬드 결정의 (111) 방향을 따라 인접한 탄소(C) 원자 3개를 대체하는 3개의 질소(N) 원자로 더 응집될 수 있습니다. 세 개의 질소 원자 사이에 구조적 공백이 남는 것을 삼원자 질소라고 합니다. 세 개의 질소 원자와 한 개의 빈 공간의 구성을 N3 중심이라고 합니다. N3 중심은 415.5nm의 가시광선 중 보라색 영역에서 강한 흡수를 일으킬 수 있으며, 이는 다이아몬드가 노란 색조와 청백색 형광을 띠는 주요 원인입니다.
(3) 4~9 원자 질소. 다이아몬드 결정 구조에서 4~9개의 질소(N) 원자가 특정 구조 방향(일반적으로 4개의 질소 원자와 1개의 빈 공간)을 따라 탄소(C) 원자 위치를 차지하는 경우, 이 다이아몬드를 IaB형이라고 하며, 이 응집 형태를 B(또는 B1) 응집체라고 합니다. 강한 흡수 밴드는 1175cm-1의 적외선 영역에서 B(또는 B1) 집합체의 특징을 나타냅니다.
(4) 혈소판 질소. IaB 타입 다이아몬드의 질소 함량이 일정 수준에 도달하여 전자 현미경으로 직접 관찰할 수 있는 50~100nm(보통 몇 원자 두께의 평평한 층) 크기의 혈소판으로 응집되면 일반적으로 혈소판 질소가 생성됩니다. 작은 혈소판은 다이아몬드 결정의 (100)면을 따라 인접한 면에 있는 원자 사이의 N-N 결합으로 연결된 3가 질소 원자의 이중층 분리로, C 원자로 둘러싸여 있습니다. 이 혈소판 질소는 일반적으로 B2 중심이라고 불리며, 주요 식별 특징은 1365~1370cm의 적외선 영역에서 강한 흡수 대역입니다.-1.
2. 타입 Ib 다이아몬드
Ib형 다이아몬드는 결정 구조에서 탄소(C) 위치를 무작위로 차지하는 고립된 단일 원자로 질소(N)를 포함하는 자연계에서 매우 드문 다이아몬드입니다. 적외선 스펙트럼에서 1130cm에 강한 흡수 대역이 있습니다.-1와 1130cm의 흡수 대역-1 는 1280cm에서 흡수 대역보다 훨씬 강합니다.-1. 이 다이아몬드는 종종 선명한 노란색입니다. 특정 온도, 압력, 장시간 노출되면 타입 Ib 다이아몬드가 타입 Ia 다이아몬드로 전환될 수 있습니다.
타입 Ia 다이아몬드는 1000~1400℃의 상부 맨틀에서 장기간 보존할 수 있습니다. 같은 조건에서 타입 Ib 다이아몬드는 타입 Ia로 전환되기 전까지 50년 이상 지속되지 않습니다. 따라서 천연 다이아몬드는 주로 Ia 타입이고 합성 다이아몬드는 주로 Ib 타입입니다.
3. 타입 IIa 다이아몬드
4. 타입 IIb 다이아몬드
IIb형 다이아몬드는 소량의 붕소(B)를 함유할 수 있으며, 이는 다이아몬드에 푸른색을 부여합니다. 적외선 스펙트럼에서 2800cm에 강한 흡수 대역이 있습니다.-1. 타입 IIb 다이아몬드는 반도체이며 전기를 전도할 수 있는 유일한 천연 다이아몬드입니다.
다이아몬드의 분류와 특성은 표 1-1에 나와 있습니다.
표 1-1 다이아몬드의 분류 및 특성 개요
| 분류 및 근거 | 유형 I: 일정량의 질소 불순물 함유 | 유형 II: 질소, 붕소 또는 기타 불순물 미포함 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I a | I b | II a | II b | ||||
| 질소는 응집된 형태로 존재합니다. | 질소는 단일 원자 형태로 존재합니다. | 질소, 탄소 원자 변위로 인한 결함 없음 | 질소 없음, 소량의 붕소 함유 | ||||
| 불순물 요소의 형태 및 하위 유형 | 이원자 질소 I aA | 삼원자 질소 I aAB | 4 〜 9 원자 질소 I aB | 혈소판 질소 I aB2 | 분리된 질소 | 탄소를 대체하는 분산 붕소 | |
| 크리스탈 결함 센터 | N2/A 센터 | N3 센터 | B/B1 Center | B2 센터 | N/C 센터 | B 센터 | |
| IR 흡수 스펙트럼 / cm-1 | 1282 | 1175 | 1365 〜1370 | 1130 | 1100 〜 1400 사이 흡수 없음 | 2460、 2800 | |
| 가시광선 흡수 스펙트럼 / nm | N2, N3 센터는 청색/보라색 빛을 흡수합니다. N3는 415nm, 423, 435, 465, 475nm를 흡수하는 것이 특징입니다. B1, B2는 가시광선을 흡수하지 않습니다. | 503, 637 약한 흡수. UV ~270nm - 청록색 흡수. | 가시광선을 흡수하지 않습니다. | 가시 영역에 뚜렷한 흡수 피크가 없습니다. | |||
| 자외선 흡수 스펙트럼/nm | 330nm까지 자외선을 투과합니다. | 유형 I a와 동일 | 220nm까지 자외선을 투과합니다. | 유형 II a와 동일 | |||
| 색상 특성 | 무색 - 밝은 노란색(일반적으로 천연 옐로우 다이아몬드가 이 유형에 속합니다) | 무색 - 옐로우, 브라운(모든 합성 다이아몬드 및 소량의 천연 다이아몬드) | 무색 - 갈색, 분홍색(매우 희귀) | 파란색(매우 희귀) | |||
| UV 형광 | 보통 파란색 형광을 띠지만 드물게 녹색, 노란색, 빨간색 또는 형광이 없는 경우도 있습니다. | Ia 유형과 동일 | 대부분 형광이 없습니다. | IIa 유형과 동일 | |||
| 인광 | 청백색 형광이 강한 것은 인광이 있을 수 있습니다. | 인광이 없습니다. | 인광이 있습니다. | ||||
| 전기 전도성 | 비전도성 | 비전도성 | 비전도성 | 반도체 | |||
| 기타 | 천연 다이아몬드 생산량의 98%를 차지합니다. | 대다수가 합성 다이아몬드이며 천연 다이아몬드는 극히 드뭅니다. | 수량은 매우 적지만 대형 다이아몬드는 종종 이 유형에 속합니다. | 희귀하며 종종 파란색입니다. | |||
섹션 III 다이아몬드의 결정 구조
섹션 IV 다이아몬드의 결정 형태
그림 1-2 팔면체 다이아몬드
그림 1-3 마름모꼴 이면체 다이아몬드
그림 1-4 집계된 다이아몬드 결정
그림 1-5 다양한 결정 형태의 다이아몬드
섹션 V 다이아몬드의 기계적 특성
(1) 다이아몬드 경도
다이아몬드는 자연계에서 가장 단단한 물질로, 모스 척도에서는 10에 해당하며 긁힘, 함몰, 마모와 같은 기계적 힘에 매우 강한 저항력을 가지고 있습니다. 모스 경도는 보석의 상대적인 경도를 나타내는 것으로, 다이아몬드의 절대 경도는 모스 경도가 9인 광물(커런덤)의 약 140배, 모스 경도가 7인 광물(쿼츠)의 1,000배로 다른 광물보다 훨씬 더 높습니다.
(2) 다이아몬드의 절단
다이아몬드는 외부의 힘에 부딪히면 팔면체 방향을 따라 파쇄되어 네 개의 뚜렷한 절단면이 만들어지는 경우가 많습니다. 완성된 다이아몬드는 일반적으로 거들 부분에 "깃털"과 같은 특징과 작은 "V"자 모양의 흠집이 나타나는데, 이는 주로 다이아몬드 절단으로 인해 발생합니다. 커팅 중 거친 다이아몬드를 절단할 때도 이러한 다이아몬드의 특성을 이용합니다.
다이아몬드는 인간이 발견한 가장 단단한 천연 물질이지만 매우 부서지기 쉬워 강한 충격을 받으면 쉽게 균열이 생기거나 산산이 부서질 수 있습니다.
(3) 다이아몬드의 상대 밀도
다이아몬드의 상대 밀도는 3.52입니다. 다이아몬드의 구성이 단순하기 때문에 상대 밀도는 상당히 안정적입니다. 투명한 다이아몬드는 상대 밀도가 더 안정적이며, 유색 다이아몬드는 상대 밀도가 약간 더 높은 경향이 있고 불순물과 내포물이 많은 다이아몬드는 상대 밀도에 약간의 변화를 보입니다.
섹션 VI 다이아몬드의 광학적 특성
1. 다이아몬드 색상
다이아몬드 색상은 일반적으로 무색에서 밝은 노란색(회색) 계열, 갈색 계열, 팬시 컬러 계열의 세 가지 계열로 나눌 수 있습니다.
(1) 무색~연노랑 계열 다이아몬드. 여기에는 무색, 무색에 가까운, 약간 황백색에서 뚜렷한 연한 황색 다이아몬드가 포함되며, 자연적으로 발생하는 대부분의 다이아몬드가 이 계열에 속합니다.
(2) 브라운 계열 다이아몬드. 여기에는 밝은 갈색에서 진한 갈색에 이르는 다양한 다이아몬드가 포함됩니다(그림 1-7).
(3) 팬시 컬러 시리즈 다이아몬드. 팬시 컬러 다이아몬드는 특징적인 색상을 나타내는 다이아몬드입니다. 팬시 컬러 다이아몬드는 노란색, 분홍색, 파란색, 주황색, 빨간색, 녹색, 보라색 등 가시 스펙트럼의 모든 색상을 나타낼 수 있으며 빨간색이 가장 희귀합니다(그림 1-8~1-10). 대부분의 팬시 컬러 다이아몬드는 차분한 톤을 띠며, 선명한 색상의 팬시 다이아몬드는 극히 드뭅니다. 팬시 다이아몬드의 색상은 소량의 불순물 원소인 질소(N), 붕소(B), 수소(H)가 다이아몬드 결정 구조에 통합되어 다양한 색상 중심을 형성하기 때문에 발생합니다. 또 다른 원인은 크리스탈의 소성 변형으로, 특정 빛 에너지를 흡수하고 다이아몬드에 색을 부여하는 전위와 결함을 생성합니다. 팬시 컬러 다이아몬드는 자연에서 매우 드물게 발견되며 가치가 매우 높습니다.
그림 1-7 브라운 다이아몬드
그림 1-8 옐로우 다이아몬드
그림 1-9 핑크 다이아몬드
그림 1-10 블루 다이아몬드
2. 다이아몬드의 광택, 투명도 및 굴절률
3. 다이아몬드 화재
그림 1-12 다이아몬드 화재 다이어그램
그림 1-13 다이아몬드 화재
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4. 다이아몬드의 흡수 스펙트럼
5. 다이아몬드의 발광
다이아몬드는 자외선, 음극선, X-선을 조사할 때 서로 다른 발광 특성을 나타냅니다.
(1) 자외선 형광 및 인광. 자외선 조명 아래에서 다이아몬드는 일반적으로 단파장 자외선보다 장파장 자외선 아래에서 더 강한 형광을 발산합니다. 장파장 자외선 조사에서 형광은 전혀 없는 것부터 강한 것까지 다양하며, 색상은 하늘색, 파란색, 노란색, 주황색-노란색, 분홍색, 황록색, 흰색으로 나타날 수 있습니다. 타입 I 다이아몬드는 주로 청색에서 하늘색 형광을 띠고, 타입 II 다이아몬드는 주로 노란색에서 황록색 형광을 띠는 것이 특징입니다. 무색에서 담황색 계열 다이아몬드는 청백색 형광을, 갈색 다이아몬드는 황록색 형광을, 선명한 노란색 다이아몬드는 노란색 형광을 띠는 경우가 많습니다. 청백색 형광이 뚜렷하게 강한 다이아몬드는 연한 노란색 인광을 띠는 경우가 많습니다. 동일한 강도의 자외선 조사에서 비형광 다이아몬드가 가장 단단하고, 노란색 형광을 방출하는 다이아몬드가 그 다음으로 단단하며, 옅은 파란색 형광을 방출하는 다이아몬드가 가장 부드럽다는 것을 확인할 수 있습니다. 이 특성은 다이아몬드 커팅 시 충분히 활용할 수 있습니다.
(2) 음극선 형광. 다이아몬드가 고에너지 음극 전자에 의해 여기될 때 가시광선을 방출하는 현상을 음극 발광이라고 합니다. 특히 다양한 강도의 황록색과 청색으로 나타나며, 다이아몬드 내 발광 영역과 비발광 영역의 분포 패턴과 색상이 달라 천연 다이아몬드와 합성 다이아몬드를 구별하는 데 중요한 요소로 작용합니다.
(3) X-선 형광. 다이아몬드의 종류에 관계없이 X-선 조사 시 형광을 낼 수 있으며, 형광 색상은 일정하며 일반적으로 청백색으로 나타납니다. 이 특성을 이용해 설계된 X선 다이아몬드 선별기는 민감하고 정확하여 다이아몬드 선별에 매우 효과적입니다.
섹션 VII 다이아몬드의 기타 속성
(1) 다이아몬드의 열적 특성. 다이아몬드의 열전도율은 은과 구리보다 몇 배나 높고 투명한 보석 중에서도 가장 높으며 다른 모든 보석을 훨씬 능가하는 열전도율을 자랑합니다. 즉, 다이아몬드는 열을 매우 빠르게 전도하기 때문에 만졌을 때 시원함을 느낄 수 있습니다. 사람들은 이 특성을 이용해 다이아몬드와 다이아몬드 모조품을 구별하기 위해 열전도도 테스터라는 특수 기기를 설계하고 제작했습니다.
(2) 다이아몬드의 습윤성. 다이아몬드는 기름과 친화력이 뛰어나고 물을 튕겨내는 성질이 있습니다. 다이아몬드의 습윤성은 기름을 좋아하고 물을 튕겨내는 특성을 말하며, 다이아몬드는 기름을 흡착하는 능력이 강합니다. 다이아몬드 선광에서는 오일 쉐이킹 테이블을 사용하여 다이아몬드를 흡착하고 포집할 수 있습니다. 다이아몬드의 소수성은 물이 다이아몬드 표면에 얇은 막을 형성할 수 없고 물방울 형태로만 존재할 수 있다는 것을 의미합니다. 다이아몬드 테스터 펜은 이러한 친유성과 발수성을 이용해 다이아몬드를 식별하는데, 특수 유성 잉크가 함유되어 있어 다이아몬드 표면을 그릴 때 연속적인 자국을 남기는 반면 모조 다이아몬드에는 불연속적인 흔적을 남깁니다.
섹션 VIII 다이아몬드의 광물 함유 특성
섹션 IX 다이아몬드 커팅 스타일
다이아몬드를 커팅, 패싯, 폴리싱한 후의 다이아몬드 모양을 다이아몬드 컷 스타일, 즉 완성된 다이아몬드의 스타일이라고 합니다. 일반적으로 두 가지 요소를 포함합니다: 첫째, 라운드, 하트, 후작, 타원형 등 위에서 봤을 때 다이아몬드 거들의 기하학적 윤곽과 둘째, 다이아몬드 패싯의 기하학적 모양과 그 배열로 주로 브릴리언트, 스텝, 혼합 컷을 포함합니다. 브릴리언트 컷 다이아몬드의 면은 주로 삼각형과 연 모양으로 파빌리온의 작은 테이블 면으로부터 바깥쪽으로 방사형으로 배열되며, 스텝 컷 다이아몬드의 면은 주로 사다리꼴, 직사각형, 삼각형으로 거들 상하 양쪽에 평행하게 배열되고, 다이아몬드가 브릴리언트 컷과 스텝 컷의 특성을 모두 나타내는 경우를 혼합 컷이라고 합니다.
가장 일반적인 다이아몬드 컷은 표준 라운드 브릴리언트 컷(라운드 브릴리언트 스타일이라고도 함)입니다.
1. 표준 라운드 브릴리언트 컷
표준 라운드 브릴리언트 컷은 초기 테이블 컷에서 점차 발전했습니다.
테이블 컷은 대략 15세기 초에 등장했습니다. 이 단순한 컷은 팔면체 다이아몬드 원석의 모양 특성을 최대한 활용하여 팔면체 다이아몬드 원석의 한쪽 모서리 끝을 연마하여 크라운에 비교적 큰 정사각형 면과 자연스럽게 경사진 4개의 파빌리온 면을 가진 테이블을 형성했습니다. 테이블 컷은 다이아몬드 커팅 이후 최초로 등장한 일반 컷 형태입니다(그림 1-17). 당시의 생산성 수준을 고려할 때 원시적인 연마 기계는 매우 조잡했고, 다이아몬드의 큐렛이 눈에 띄게 마모되어 상대적으로 큰 큐렛이 만들어져 광채가 낮았습니다. 동시에 큐렛의 존재는 다이아몬드 파손의 정도를 크게 줄였습니다.
생산성이 지속적으로 향상되고 과학과 기술이 발전하면서 다이아몬드 가공에 사용되는 기계도 지속적으로 개선되었고, 다이아몬드 윤곽선도 불규칙한 형태에서 규칙적인 형태로 진화하기 시작했습니다. 1919년, 표준 라운드 브릴리언트 컷의 창시자인 마르셀 톨코프스키(1899-1991)는 광학 원리와 수학적 계산을 사용하여 총 58개의 면을 가진 컷과 다이아몬드의 불꽃과 광채를 충분히 표현할 수 있는 표준 비율을 제안했고, 이를 아메리칸 브릴리언트 컷이라 부르며 유명한 책 다이아몬드 디자인(1919)을 출간했습니다. 이 책은 광학 원리를 바탕으로 다이아몬드 비율을 계산한 최초의 책입니다.
라운드 다이아몬드의 비율에 대해 보편적으로 인정되는 공통 기준이 확립되지 않았기 때문에 국가, 지역, 기관에 따라 각기 다른 '이상적인 컷'이 등장했습니다. 요약하면 대표적인 유형은 다음과 같습니다.
(1) 아메리칸 브릴리언트 컷. 이 컷에 제안된 표준 비율은 테이블 너비 비율 53%, 크라운 높이 비율 16.2%, 크라운 각도 34°30', 파빌리온 깊이 비율 43.1%, 파빌리온 각도 40°45'[그림 1-18(a)]입니다.
(2) 실용적인 파인 컷. 1949년 독일의 W. F. 에플러가 설계하고 발명했습니다. 이 컷의 표준 비율은 테이블 폭 비율 56%, 크라운 높이 비율 14.4%, 크라운 각도 33°10', 파빌리온 깊이 비율 43.2%, 파빌리온 각도 40°50'입니다[그림 1-18(b)]. 오늘날 유럽에서는 고품질 다이아몬드가 이 스타일로 커팅되는 경우가 많습니다. 따라서 이 컷은 유러피언 파인 컷이라고도 불립니다.
(3) IDC 컷. 국제 다이아몬드 협의회에서 설계하고 홍보합니다. 이 컷에 제안된 표준 비율은 테이블 폭 비율 56%~66%, 크라운 높이 비율 11.0%~15.0%, 크라운 각도 31°0'~37°0', 파빌리온 깊이 비율 41.0%~45.0%, 파빌리온 각도 39°40'~42°10'[그림 1-18(c)] 입니다[참조: 다이아몬드 컷의 비율].
(4) 스캔. D. N. Cut. 1970년 스칸디나비아 다이아몬드 위원회에 의해 도입되었습니다. 이 컷에 대해 발표된 표준 비율은 테이블 폭 비율 57.5%, 크라운 높이 비율 14.6%, 크라운 각도 34°30', 파빌리온 깊이 비율 43.1%, 파빌리온 각도 40°45'입니다[그림 1-18(d)].
2. 팬시 컷
3. 혼합 컷
4. 새로운 컷
(1) "여덟 개의 하트와 여덟 개의 화살" (큐피드라고도 함) 컷입니다. "8개의 하트와 8개의 화살" 컷은 라운드 브릴리언트 계열에 속하며, 이 컷은 매우 높은 커팅 비율과 대칭성을 요구하며 특수 뷰어(파이어스코프)를 통해 관찰할 수 있는 시각적 현상을 만들어냅니다. 표준 "여덟 개의 하트와 여덟 개의 화살" 패턴은 하트와 화살의 두 부분으로 구성됩니다. 파빌리온(하단)에서는 "영원한 하트"라고 불리는 8개의 대칭 하트가 보이고, 왕관(상단)에서는 "큐피드의 화살"이라고 불리는 8개의 대칭 화살이 보입니다. 둘 다 8방향으로 바깥으로 뻗어 있으며, 전체적인 이미지가 완전하고 선명하며 비율이 적절하고 엄격한 대칭이 유지됩니다(그림 1-21).
(2) '나인 하트 원 플라워' 컷. "하늘에 빛나는 별"이라는 뜻의 스페인어에서 유래한 "나인 하트 원 플라워" 컷(에스트렐라라고도 함)입니다. 이 컷은 37개의 크라운 패싯과 63개의 파빌리온 패싯을 포함한 100개의 패싯으로 구성되어 있으며, 패턴 효과는 특수 돋보기를 사용해야만 볼 수 있습니다. 테이블을 똑바로 보면 9개의 면으로 구성된 꽃무늬가 테이블 중앙에 나타나고, 크라운에서 보면 9개의 주요 면이 테이블 둘레에 고르게 배열된 것을 볼 수 있습니다. 빛은 굴절 후 "아홉 개의 하트 하나의 꽃" 현상을 일으킬 수 있습니다(그림 1-22).
