Q & A

인류는 수백 년 전부터 다이아몬드 합성을 시도해 왔으며, 수많은 실패 끝에 지난 세기에 마침내 실험실에서 다이아몬드를 합성하는 데 성공했습니다. 현재 보석급 다이아몬드를 합성하는 방법은 두 가지가 있습니다. 하나는 고온고압법(HPHT)이고, 다른 하나는 화학 기상 증착법(CVD)입니다.

‘합성 다이아몬드’:

실험실에서 지각 아래 천연 다이아몬드가 성장하는 고온고압 환경을 인공적으로 모사하여 성장시킨 다이아몬드입니다.

‘실험실 성장 다이아몬드’:

인공 합성 방법인 HPHT(고온고압법)와 CVD(화학 기상 증착법)로 결정이 성장한 다이아몬드를 말합니다. 다이아몬드 감정 분류에서는 모두 ‘실험실 성장 다이아몬드(Lab. Grown Diamond)’라고 부릅니다.

합성 다이아몬드 vs 천연 다이아몬드:

외관과 성분뿐만 아니라 물리적·화학적 특성도 천연 다이아몬드와 다르지 않습니다. 차이점은 성장 방식입니다. 천연 다이아몬드는 지하에서 채굴되지만, 실험실 성장 다이아몬드는 실험실에서 천연 다이아몬드의 성장 환경을 모사하여 만들어집니다. 육안이나 전통적인 장비로는 차이를 구분할 수 없습니다. 고해상도 장비를 이용하지 않는다면 천연 다이아몬드와의 차이는 아마도 ‘더 완벽에 가까운 투명도’와 ‘더 합리적인 가격’ 정도일 것입니다.

다음 다이아몬드 분류도를 참고해 주세요.

최근(2018년 7월) 미국 연방거래위원회(FTC)는 DeBeers 로비스트들의 주장을 철저히 배척하고, 다이아몬드에 대한 과학적 정의를 채택했습니다. 즉, 지구 내부에서 생성되었든 슈퍼지구에서 생성되었든 다이아몬드는 ‘탄소 결정체’라는 정의입니다.

FTC의 새로운 정의는 다음과 같습니다. 다이아몬드는 등축정계에서 결정화된 ‘순수 탄소’를 주성분으로 하는 광물입니다.

미국 연방거래위원회는 다음과 같이 변경했습니다.

결국 다이아몬드의 정의에서 ‘천연’이라는 단어를 삭제했습니다. 위원회가 1956년에 처음 이 정의를 사용했을 때 시장에는 지하에서 채굴한 천연석이라는 한 종류의 다이아몬드 제품만 존재했습니다. 이후 기술 발전으로 실험실에서 다이아몬드를 제조할 수 있게 되었고, 실험실 성장 다이아몬드는 채굴 다이아몬드와 기본적으로 동일한 광학적·물리적·화학적 특성을 갖습니다. 따라서 모두 다이아몬드입니다.

실험실에서 제조된 다이아몬드와 채굴 다이아몬드의 차이는 지침의 다른 부분에서 설명하고 있습니다. 다이아몬드를 ‘천연’이라고 정의하는 것이 더 이상 정확하지 않으므로, 최종 다이아몬드 정의에는 ‘천연’이라는 표현을 포함하지 않았습니다.

합성 금이라는 것은 없습니다.

합성 백금이라는 것은 없습니다.

합성 탄소라는 것은 없습니다.

합성 다이아몬드라는 것은 없습니다.

미국 연방거래위원회의 새로운 지침에 따라 다이아몬드 생산자 협회는 슬로건을 ‘진짜 다이아몬드’에서 ‘원산지와 관계없이 탄소 결정체는 다이아몬드’로 변경하는 방안을 고려할 수 있습니다.

[결론]: 실험실 성장 다이아몬드는 채굴 다이아몬드와 기본적으로 동일한 광학적·물리적·화학적 특성을 갖습니다. 따라서 모두 다이아몬드입니다.

[CVD 다이아몬드]:

화학 기상 증착법을 이용해 성장시킨 다이아몬드입니다.

메탄(CH4)과 수소(H2)를 원료로 사용하고, 진공·고온(약 1000~5000℃ 이온 플라즈마 구체) 환경에서 장시간 결정 성장을 진행해 탄소 결정체를 만듭니다. 이를 CVD 다이아몬드라고 합니다.

[HPHT 다이아몬드]:

고온고압법으로 성장시킨 다이아몬드입니다.

흑연을 원료로 사용하고 철·코발트·니켈 등의 특정 촉매를 첨가한 뒤, 고온고압(약 5만 기압, 1200~2000℃) 환경에서 장시간 결정 성장시켜 탄소 결정체를 만듭니다. 이를 HPHT 다이아몬드라고 합니다.

전쟁 지역에서 채굴되어 시장에 유통되는 다이아몬드를 말합니다.

시에라리온, 앙골라, 콩고민주공화국 등 남부 아프리카 지역은 세계에서 가장 아름다운 다이아몬드가 산출되는 곳 중 하나입니다. 안타깝게도 1990년대에는 대립하는 정권들이 지배권을 차지하기 위해 유혈 충돌을 일으켰고, 다이아몬드 밀수로 무기를 구입해 내전과 전쟁을 지원했습니다. 그 결과 전쟁이 수년간 이어졌으며, 여성과 어린이를 포함한 무고한 시민들이 사망하는 등 참혹한 인명 피해가 발생했습니다.

유엔은 분쟁 다이아몬드를 무력으로 통제되는 지역 또는 합법 정부나 국제적으로 인정된 정부에 대항하는 조직에서 산출된 다이아몬드로 정의합니다. 다이아몬드 판매로 얻은 막대한 이익과 자금이 반정부 세력 또는 안전보장이사회 정신에 반하는 무장 분쟁에 투입되기 때문에 분쟁 다이아몬드(Conflict Diamonds), 또는 ‘블러드 다이아몬드(Blood Diamonds)’라고 부릅니다.

인체나 동물 등 생물 또는 특별한 기념이 담긴 물체에서 탄소를 함유한 유기물을 일부 채취해 시료로 사용하고, 특수 공정을 통해 유기물 속 탄소를 메탄 및 기타 알칸류로 변환한 뒤 결정 성장로에 주입합니다. 이후 고온에서 결정 성장시켜 탄소를 다이아몬드로 전환합니다.

상업적으로는 사람이나 반려동물의 털, 유골 등 탄소를 함유한 유기물에서 성장 다이아몬드의 원소인 탄소(C)를 추출해 개인의 DNA로 삼고, 첨단 기술과 특수 결정 성장 기술을 이용하여 자연의 혹독한 다이아몬드 생성 환경을 모사합니다. 진공 또는 초고압에서 장시간 극고온 성장시켜 털 등의 유기물에 포함된 탄소를 다이아몬드 결정체로 변환하는 것입니다. 이 다이아몬드에는 개인의 DNA가 담기고 특별한 추억과 의미가 새겨져 순간을 영원으로 만들 수 있습니다. 세상에 하나뿐인 다이아몬드로 같은 다이아몬드는 다시 찾을 수 없으며 그 가치는 무한합니다!

이처럼 특별한 생명의 의미를 지닌 다이아몬드를 명인 다이아몬드(Imprint Diamond)라고 부르며, 진정한 ‘다이아몬드는 영원하며, 하나의 다이아몬드가 대대로 전해진다’를 실현합니다.

천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드의 차이는 크게 ‘시간’, ‘장소’, ‘성분’ 세 가지입니다.

• ‘시간’은 다이아몬드가 성장하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 천연 다이아몬드는 지하에서 수천 년, 수만 년에 걸친 결정화 과정을 거쳐야 수 cm 크기의 결정으로 성장하지만, 실험실 다이아몬드는 수십 일 만에 성장시킬 수 있습니다.
• ‘장소’는 천연 다이아몬드가 지표면 아래 150~300km 환경에서 성장해야 하는 반면, 실험실 다이아몬드는 실험실에서 적절한 조건을 조성하면 성장시킬 수 있다는 뜻입니다.
• ‘성분’은 다이아몬드의 주요 성분이 탄소이며 소량의 규소, 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 철, 질소 또는 붕소 등을 함유한다는 의미입니다. 실험실 다이아몬드의 주요 성분 역시 탄소이며, 필요에 따라 다른 원소를 첨가할 수 있습니다. 예를 들어 실험실 황색 다이아몬드에는 질소를, 실험실 청색 다이아몬드에는 붕소를 첨가합니다. 일반적으로 실험실 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 더 깨끗합니다(불순물이 적습니다).

A. 라만 분광법(Raman)으로 ‘천연’과 ‘실험실’ 다이아몬드 구분하기

실험실 다이아몬드 기술이 성숙하고 경쟁 심화로 가격이 하락하면서, 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드를 어떻게 구분할 것인지는 보석상과 소비자가 반드시 해결해야 할 과제가 되었습니다. 라만 분광법은 비파괴 분석법으로 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드를 구분할 수 있습니다.

라만 분광법은 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드를 어떻게 구분할까요?

일반적으로 천연 다이아몬드에는 N3 발광 피크(그림 1)가 나타나고, 합성 다이아몬드에는 Si 결함 피크(CVD, 그림 2) 또는 Ni 결함 피크(HPHT, 그림 3)가 나타납니다. 또한 일부 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드에서만 나타나는 특유의 발광 피크도 두 종류를 구분하는 근거가 됩니다.

그림(1) 천연 다이아몬드의 라만 그래프

그림(2) CVD 다이아몬드의 라만 스펙트럼

그림(3) HPHT 다이아몬드의 라만 스펙트럼

B. 시중에서 다이아몬드 검사에 사용하는 장비

시중에서 다이아몬드 검사에 흔히 사용하는 장비로는 가시광 흡수 분광기(UV-Visible Spectrometer), 적외선 흡수 분광기(FTIR), 라만 분광기(Raman) 등이 있습니다. 아래에서는 이 세 가지 장비를 간략히 소개합니다.

• 자외선-가시광 흡수 분광기 : 자외선-가시광 영역의 연속 스펙트럼을 광원으로 다이아몬드에 조사하여, 다이아몬드의 빛 흡수 상대 강도를 분석하는 장비입니다. 자외선-가시광 흡수 분광법의 데이터로 다이아몬드에 포함된 불순물(이온)을 분석하고 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드를 구분할 수 있습니다. 다만 백색 다이아몬드에 대한 감도가 높지 않아 신호를 수집하려면 액체 질소로 다이아몬드를 냉각해야 하는 경우가 많습니다.
• 적외선 흡수 분광기 : 분자마다 진동 특성이 달라 서로 다른 흡수 스펙트럼을 나타내는 원리를 이용해 시료에 포함된 작용기를 분석하는 장비입니다. 다이아몬드 분석 시 질소 함량(Type I 및 Type II)의 차이를 구분할 수 있으며, 수소 흡수 피크의 위치를 통해 천연 다이아몬드와 CVD 다이아몬드를 구분할 수도 있습니다. 다이아몬드가 너무 작거나 표면이 지나치게 거칠거나 색상이 너무 짙으면 양질의 신호를 얻기 어려워 원산지를 판단할 수 없습니다.
• 라만 분광기 : 시료 분자의 진동으로 발생하는 비탄성 산란 스펙트럼을 관찰하는 장비이며, 불순물과 결함으로 인한 발광도 관찰할 수 있습니다. 천연 다이아몬드와 실험실 다이아몬드를 구분할 때 라만 분광법은 다이아몬드를 연마할 필요가 없고, 크기에 제한이 없으며, 냉각할 필요도 없다는 장점이 있습니다.

C. 결론

환경 의식이 높아지고 가격을 중시하는 소비자가 늘면서 다이아몬드 시장에서 실험실 다이아몬드가 차지하는 비율은 매년 증가할 것입니다. 따라서 실험실 다이아몬드와 천연 다이아몬드 시장은 반드시 구분되어야 합니다. 앞서 소개한 장비를 이용한 구분 기술은 현재 상당히 성숙했으며, 간이형과 전문가용으로 나뉩니다. 전문 웹사이트 www.wec-raman.com을 참고할 수 있습니다.

이 정보가 향후 보석상과 소비자가 다이아몬드를 거래할 때 판단하는 기준이 되어 소비자 분쟁을 줄이는 데 도움이 되기를 바랍니다.

>WEC 장비 추천, 링크 WEC Raman Checker video

다이아몬드의 가치 보존 기능을 종합적으로 고려하면, ‘실험실 다이아몬드의 가치 보존 기능이 천연 다이아몬드보다 크다(>)’고 생각합니다.

‘가치 보존’에는 두 가지가 있습니다. 하나는 ‘가격이 있는 가치’이고, 다른 하나는 ‘가격도 없고 대체할 수도 없는 가치’입니다.

실험실 다이아몬드가 더 높은 보존 가치를 지닐 수 있다는 예를 들어 보겠습니다.

A와 B 두 커플이 결혼을 앞두고 있습니다. 제한된 결혼 자금에서 약 NT30만을 마련해 기념용 다이아몬드를 구입합니다.

• A 커플(30만) :
  전액으로 1 Carat(캐럿) 천연 다이아몬드 1개를 구입해 결혼의 증표로 삼았습니다.
• B 커플(30만) :
  9만을 들여 1 Carat(캐럿) 실험실 다이아몬드 1개를 결혼의 증표로 구입하고,

남은 21만은 신혼여행(-11만) 및 주식 펀드 투자(-10만)에 사용했습니다.

10년 후 가치 보존의 관점에서 A와 B 두 커플에게 남은 가치는 얼마일까요?

가격표로 확인할 수 있는 가치 보존:

실험실 성장 다이아몬드와 천연 다이아몬드는 모두 진짜 다이아몬드이므로 가치를 보존할 수 있습니다.

그러나 현재 실험실 성장 다이아몬드의 생산·유통 구조는 천연 다이아몬드처럼 인위적인 기획과 가격 조작을 통해 희소성과 독점성을 형성한 수준에 미치지 못합니다. 따라서 현재 실험실 성장 다이아몬드는 천연 다이아몬드만큼의 회수 가치를 유지하지 못합니다. 하지만 생산·유통 체계가 아직 성숙하지 않았기 때문이며, 제도가 완전히 정착되면 실험실 성장 다이아몬드도 시장 가치를 확립하게 될 것입니다.

가격표로 표현할 수 없고 대체할 수 없는 가치 보존:

합리적인 가격은 실험실 성장 다이아몬드의 본질입니다. 개성과 맞춤 제작은 실험실 성장 다이아몬드의 특징입니다.

가격이 합리적이므로 행복과 기쁨의 가치를 쉽게 실현할 수 있습니다. 큰 비용을 들이지 않고도 구입할 수 있어 천연 다이아몬드처럼 쉽게 다가가기 어려운 제품과는 다릅니다.

맞춤 제작이 가능하므로 독특하고 개성 있는 가치를 창조할 수 있습니다. 천연 다이아몬드처럼 제품 간 차이가 크지 않은 것과는 다릅니다.

실험실 성장 다이아몬드는 ‘나의 다이아몬드는 값을 매길 수 없다!’를 실현할 수 있습니다.

답은 분명합니다. 천연 다이아몬드 시장에 영향을 미칠 것입니다.

천연 다이아몬드는 채굴 비용과 판매 가격이 계속 상승하는 반면, 소비자의 수용도는 점점 낮아지고 있습니다.

반면 현재 실험실 성장 다이아몬드의 가격은 채굴 천연 다이아몬드의 약 30~40% 수준입니다. 최근 기술적 장벽이突破되고 상용화가 시작되면서 시장 판매가는 합리적인 수준까지 낮아질 것으로 예상됩니다.

여기에 유명 제조업체와 대기업의 적극적인 참여도 더해지고 있습니다.

• 5대째 전통을 이어 온 다이아몬드 커팅 및 소매업체 Royal Asscher는 2013년 ‘Rebel Chique Diamonds’ 브랜드를 출시해 실험실 합성 다이아몬드 제품을 전문적으로 판매하고 있습니다.
• 施華洛世奇 Sawrovski는 다이아몬드 시장 진출을 꾸준히 추진해 왔으며, 2016년 미국 시장에 ‘DIAMA’ 브랜드를 설립해 실험실 다이아몬드 판매를 시작했습니다.
• DeBeers도 실험실 다이아몬드 시장에 진출하지 않겠다는 약속을 깨고, 2018년 실험실 합성 다이아몬드 전문 브랜드 ‘LightBox’ 설립을 발표했습니다.

2050년까지 실험실 성장 다이아몬드는 56％까지 증가해 약 5,500만 캐럿에 이를 것으로 예상되며, 현재 시장 가격으로 약 367.2억 달러에 해당합니다.

친환경, 분쟁 없는 다이아몬드, 윤리적 갈등 방지:
착취적인 광산 지역의 노동자를 희생시키는 가해자가 될 필요가 없으며, 환경에 미치는 영향이 최소화되고 오염이 없습니다.

가격 경쟁력과 높은 가성비:
채굴에 필요한 막대한 비용이 들지 않고, 천연 다이아몬드보다 더 순수한(Type IIa) 제품을 합리적인 가격에 구매할 수 있어 가성비가 높습니다.
실험실 성장 다이아몬드의 시장 판매가는 천연 다이아몬드의 30~40% 수준입니다.
같은 예산으로 ‘더 높은 4C 품질’과 ‘더 큰 크기’를 선택할 수 있습니다.

개인화 및 맞춤 제작:
현대인의 다양한 선택을 충족하며 맞춤형·개성 있는 제작이 가능합니다. 실험실 성장 다이아몬드에 디자인 요소를 접목해 개성 있는 제품을 만들 수 있습니다.
생명 다이아몬드처럼 개인의 특성과 DNA를 담은 요소를 부여하고 간직할 수도 있습니다.

첨단 기술 응용:
실험실 성장 다이아몬드는 매우 높은 순도의 탄소 결정체 다이아몬드로 제조할 수 있으며, 이를 ‘고순도 다이아몬드’라고 합니다. 다음 분야에 활용할 수 있습니다.

• 차세대 반도체 및 광전 소자, 예를 들어 고급 CPU, 양자 컴퓨터, 통신, 센서, 다이오드… 등.
• 차세대 첨단 무기, 예를 들어 레이저포, 공중 우세 항공기(F-22/F-35), 우주선, 위성… 등.
• 고효율 방열 시스템, 흉터 없는 수술용 칼, 고정밀 다이아몬드 공구, 내마모 부품, 인공 관절, 내산·내알칼리 밸브, 창(Window), 수자원 및 폐수 처리…… 등.

무엇보다 실험실 성장 다이아몬드는 대량 생산이 가능하고 생산량을 예측할 수 있으며 품질을 관리할 수 있습니다. 따라서 첨단 기술 분야에 안정적으로 적용되어 인류의 더 나은 삶을 만들어 갈 수 있습니다.