เทคโนโลยี

เพชรอุตสาหกรรมคือเพชรที่เลือกใช้เพราะสมรรถนะ ไม่ใช่เพราะรูปลักษณ์ และแทบทั้งหมดผลิตขึ้นในโรงงาน US Geological Survey รายงานว่าในปี 2025 วัสดุสังเคราะห์คิดเป็นมากกว่า 99% ของการผลิตและการบริโภคเพชรอุตสาหกรรมของโลก และว่าผลผลิตเพชรอุตสาหกรรมที่ผลิตขึ้นทั่วโลกเกิน 15 พันล้านกะรัต จีนเป็นผู้ผลิตรายนำ ตามด้วยสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย และสามประเทศรวมกันคิดเป็นราว 99% ของผลผลิตสังเคราะห์

อุตสาหกรรมนี้เริ่มที่ General Electric ที่ซึ่ง Tracy Hall ทำการสังเคราะห์ที่ทำซ้ำได้สำเร็จเมื่อ 16 ธันวาคม 1954 ในเครื่องอัดแบบ “belt” ของเขา ซึ่งเป็นอุปกรณ์ความดันสูงอุณหภูมิสูง (HPHT) ที่เปลี่ยนแกรไฟต์เป็นเพชรโดยอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กหลอมเหลว GE ประกาศผลนี้ในเดือนกุมภาพันธ์ 1955

เพชรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้เป็น วัสดุขัด คือผงที่ยึดไว้ในล้อเจียร ชิ้นใบเลื่อยสำหรับคอนกรีตและหิน เลื่อยลวดและผงขัดเงา การเจาะเป็นการใช้งานหลักอีกอย่าง GE คิดค้นเพชรอัดแบบพอลิคริสตัลไลน์ (PDC) ซึ่งเป็นชั้นเพชรที่ซินเตอร์แล้วยึดติดกับทังสเตนคาร์ไบด์ ในปี 1971 และเริ่มขายหัวตัด PDC ในปี 1976 ประวัติที่วิศวกรของ Baker Hughes เขียนไว้ในปี 2015 รายงานว่าหัวเจาะ PDC เจาะได้มากกว่า 90% ของความยาวหลุมน้ำมันและก๊าซทั่วโลก เครื่องมือปลายเพชรยังใช้กลึงโลหะผสมอะลูมิเนียม วัสดุคอมโพสิตและเซรามิก แต่มันสึกเร็วบนเหล็กกล้า เพราะเหล็กร้อนละลายคาร์บอน

เพชรรวมคุณสมบัติที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นพร้อมกันไว้ด้วยกัน เพชรผลึกเดี่ยวความบริสุทธิ์สูงนำความร้อนได้มากกว่า 2,000 W/m·K ที่อุณหภูมิห้อง ดีกว่าทองแดงราวห้าเท่า แต่มันเป็นฉนวนไฟฟ้าที่มีช่องว่างแถบพลังงาน (พลังงานที่ต้องใช้ปลดอิเล็กตรอนให้นำกระแสได้) 5.47 eV เทียบกับ 1.12 eV ของซิลิคอน ตัวเลขสองตัวนั้นอธิบายบทบาทด้านเทคโนโลยีขั้นสูงหลักของมัน

ในฐานะ ตัวกระจายความร้อน แผ่นเพชรบางวางอยู่ใต้ชิปที่ร้อนและเคลื่อนความร้อนออกด้านข้างก่อนที่มันจะสะสมตัว เครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และเลเซอร์ไดโอดกำลังสูงเป็นผู้ใช้งานตามปกติ Element Six กับบริษัทญี่ปุ่น Orbray เริ่มความร่วมมือเรื่องเพชรผลึกเดี่ยวขนาดเวเฟอร์ในเดือนมิถุนายน 2024 เมื่อ Orbray ปลูกวัสดุผลึกเดี่ยวได้กว้างถึง 55 mm และในเดือนมิถุนายน 2026 ทั้งสองระบุว่ามีกระบวนการที่ทำซ้ำได้สำหรับแผ่นฐานขนาด 3 นิ้วแล้ว และแผ่นฐานขนาด 4 นิ้วอยู่ระหว่างการพัฒนา

ในฐานะสารกึ่งตัวนำ เพชรในหลักการรับแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิได้สูงกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์หรือ GaN การเจือโบรอนทำให้มันเป็นชนิด p แต่การเจือชนิด n ที่มีประสิทธิภาพและเวเฟอร์ขนาดใหญ่ที่มีตำหนิน้อยยังเป็นโจทย์วิจัย ทรานซิสเตอร์เพชรจึงยังอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการและระดับนำร่อง

ในฐานะหน้าต่าง เพชรที่ปลูกด้วยการพอกพูนด้วยไอเคมี (CVD) ส่งผ่านแสงตั้งแต่ราว 225 nm ในช่วงอัลตราไวโอเลตไปถึงอินฟราเรดไกลและไมโครเวฟ โดยมีแถบการดูดกลืนเพียงอย่างอ่อนระหว่าง 2.5 ถึง 6.5 µm มันถูกใช้ทำหน้าต่างให้เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ลำรังสีเอกซ์ซินโครตรอนและระบบไมโครเวฟกำลังสูง

ศูนย์ไนโตรเจน-ช่องว่าง (NV) คือตำหนิแบบจุดที่อะตอมไนโตรเจนเข้าแทนที่อะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอมและอยู่ข้างตำแหน่งว่างในโครงผลึก ในรูปที่มีประจุลบ ตำหนินี้มีสถานะพื้นเป็นสปินทริปเล็ต คือมีสามระดับย่อยทางแม่เหล็ก ซึ่งสองระดับอยู่สูงกว่าระดับที่สามราว 2.87 GHz เมื่อไม่มีสนามภายนอก แสงเลเซอร์สีเขียวกระตุ้นศูนย์นี้ และความสว่างของการเรืองแสงสีแดงของมัน (เส้นศูนย์โฟนอนที่ 637 nm) ขึ้นกับสถานะของสปิน สปินควอนตัมเดี่ยวจึงอ่านได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงร่วมกับไมโครเวฟ ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่าการเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ตรวจวัดด้วยแสง

สปินรักษาความเป็นโคฮีเรนซ์ไว้ได้นานถึงระดับมิลลิวินาทีที่อุณหภูมิห้องในเพชรที่บริสุทธิ์มาก ซึ่งเป็นเรื่องไม่ปกติในบรรดาคิวบิตสถานะของแข็ง สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า ความเครียดและอุณหภูมิเลื่อนตำแหน่งเรโซแนนซ์ทั้งหมด NIST รายงานความสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กลงไปถึงระดับนาโนเทสลาต่อรากเฮิรตซ์บนสเกลความยาวไม่กี่สิบนาโนเมตร ในอากาศและที่อุณหภูมิห้อง

ในปี 2015 นักฟิสิกส์ที่ Delft University of Technology ทำให้สปินอิเล็กตรอนในเพชรสองก้อนซึ่งอยู่ห่างกัน 1.3 km พัวพันกัน และทำการทดสอบ Bell แบบไร้ช่องโหว่ครั้งแรกๆ ฮาร์ดแวร์เดินตามฟิสิกส์ ในปี 2022 Pawsey Supercomputing Research Centre ในเพิร์ทติดตั้งเครื่องเร่งควอนตัมเพชรที่ทำงานที่อุณหภูมิห้อง ซึ่ง Quantum Brilliance สร้างขึ้น เพชรเกรดควอนตัมถูกออกแบบขึ้นมากกว่าถูกขุดขึ้น โดยปลูกด้วย CVD และเติมไนโตรเจนในปริมาณที่ควบคุมไว้

เซลล์ทั่งเพชร (DAC) บีบตัวอย่างไว้ระหว่างปลายแบนของเพชรคุณภาพอัญมณีสองเม็ด ทั่งเหล่านี้โดยปกติหนักระหว่าง 1/8 ถึง 1/3 ct และปลายที่ขัดเงาของมัน ซึ่งเรียกว่าคิวเล็ต ตามปกติกว้าง 100–250 µm เพราะแรงขนาดพอประมาณกระทำบนพื้นที่เล็กจิ๋ว ความดันระหว่างทั่งทั้งสองจึงมหาศาล แผ่นปะเก็นโลหะบางที่เจาะรูไว้ยึดตัวอย่างเอาไว้

เซลล์นี้ถูกพัฒนาขึ้นในปี 1958 ที่ US National Bureau of Standards (NBS) โดย Charles Weir, Alvin Van Valkenburg, Ellis Lippincott และ E. N. Bunting และพัฒนาขึ้นอย่างเป็นอิสระที่ University of Chicago ความโปร่งใสของเพชรทำให้การออกแบบนี้ใช้ได้ แสงอินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้และรังสีเอกซ์ผ่านทั่งไปได้ นักวิทยาศาสตร์จึงวัดตัวอย่างขณะที่มันอยู่ใต้ความดันได้ และเลเซอร์ให้ความร้อนกับมันได้ในเวลาเดียวกัน

อัญมณีศาสตร์เป็นผู้ให้มาตรวัดความดัน ในปี 1972 นักวิจัยของ NBS ตีพิมพ์วิธีที่อาศัยเส้นเรืองแสงสีแดงที่คมชัดของทับทิม ซึ่งเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นอย่างสม่ำเสมอเมื่อความดันสูงขึ้น เศษทับทิมชิ้นเล็กข้างตัวอย่างจึงทำหน้าที่เป็นมาโนมิเตอร์ เซลล์ผ่าน 100 GPa ในปี 1975 และปัจจุบันไปถึงราว 360 GPa ที่ใจกลางโลก ขณะที่ทั่งสองชั้นแบบเฉพาะทางรายงานความดันเกิน 600 GPa ในปี 2012 การทดลองด้วย DAC รองรับแบบจำลองภายในดาวเคราะห์และการค้นหาเฟสความดันสูงแบบใหม่ ตั้งแต่น้ำแข็งและไนโตรเจนรูปแบบหนาแน่นไปจนถึงไฮไดรด์ตัวนำยวดยิ่ง

แซปไฟร์สังเคราะห์คืออะลูมิเนียมออกไซด์ผลึกเดี่ยว ซึ่งทางเคมีเหมือนคอรันดัมธรรมชาติ แต่ปลูกให้ไม่มีสีและเป็นแท่งผลึกขนาดใหญ่สำหรับอุตสาหกรรม ผู้ผลิตใช้วิธีปลูกจากของหลอมเหลวอย่าง Kyropoulos และ Czochralski ซึ่งทำให้ผลึกขนาดใหญ่เย็นตัวลงหรือดึงขึ้นจากอะลูมินาหลอมเหลว ขณะที่กระบวนการหลอมด้วยเปลวไฟแบบ Verneuil ซึ่งเก่ากว่ายังคงป้อนชิ้นส่วนขนาดเล็กและพลอยก้อนสำหรับทำอัญมณี

ที่ระดับ 9 บนมาตราโมส์ แซปไฟร์ต้านรอยขีดข่วนจากแทบทุกสิ่ง ยกเว้นเพชรและวัสดุแข็งยิ่งยวดอีกไม่กี่ชนิด นาฬิกาหรูส่วนใหญ่ใช้กระจกแซปไฟร์ (ฝาครอบใสเหนือหน้าปัด) Apple ระบุจอกระจกแซปไฟร์แบบแบนบน Apple Watch Ultra 3 และฝาครอบเลนส์กระจกแซปไฟร์บนกล้องของ iPhone 17 Pro หน้าจอโทรศัพท์ที่ทำจากแซปไฟร์ขยายกำลังผลิตได้ยากกว่า GT Advanced Technologies ซึ่งสร้างกิจการแซปไฟร์ขึ้นเพื่อป้อน Apple ยื่นขอล้มละลายในเดือนตุลาคม 2014

การใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดคือเป็น แผ่นฐาน ซึ่งเป็นเวเฟอร์ที่ใช้ปลูกผลึกอื่นบนนั้น ในปี 1986 Isamu Akasaki และ Hiroshi Amano ปลูกแกลเลียมไนไตรด์คุณภาพสูงบนแซปไฟร์ได้ด้วยการวางชั้นกันชนอะลูมิเนียมไนไตรด์ลงไปก่อน และในปี 1993 Shuji Nakamura ผลิต LED สีน้ำเงินสว่างที่อาศัย GaN ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกันในปี 2014 ชิป LED สีน้ำเงินที่เคลือบสารเรืองแสงให้แสง LED สีขาวส่วนใหญ่ และชิปเหล่านั้นส่วนใหญ่ยังคงปลูกบนแซปไฟร์ วัสดุนี้ยังใช้เป็นหน้าต่างให้เซนเซอร์อินฟราเรดและเครื่องอ่านบาร์โค้ด

เมื่อ 16 พฤษภาคม 1960 Theodore Maiman ซึ่งทำงานร่วมกับ Irnee D’Haenens และ Charles Asawa ที่ Hughes Research Laboratories ในมาลิบู แคลิฟอร์เนีย เดินเครื่องเลเซอร์เครื่องแรก ตัวกลางขยายสัญญาณของมันคือแท่งทับทิมสังเคราะห์สีชมพูขนาดเล็ก ราว 1 × 2 cm ชุบเงินที่ปลายทั้งสองข้างและมีหลอดแฟลชขดเป็นเกลียวล้อมรอบ ไอออนโครเมียม (Cr³⁺) ซึ่งเป็นสิ่งเจือปนที่ให้สีแก่ทับทิมอัญมณี ดูดกลืนแสงแฟลชและเปล่งแสงสีแดงแบบโคฮีเรนต์ที่ 694.3 nm Hughes ประกาศผลนี้ในการแถลงข่าวที่นิวยอร์กเมื่อ 7 กรกฎาคม 1960 และบทความสั้นของ Maiman ตีพิมพ์ใน Nature เมื่อ 6 สิงหาคม วัสดุเลเซอร์อื่นแทนที่ทับทิมในการใช้งานส่วนใหญ่ในเวลาไม่นาน แต่การเรืองแสงของทับทิมยังคงเป็นมาตรวัดความดันมาตรฐานในเซลล์ทั่งเพชร

ควอตซ์ทำงานอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชิ้น มันเป็นเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ Jacques และ Pierre Curie ค้นพบในปี 1880 คือการบีบผลึกทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าทำให้มันเปลี่ยนรูป แผ่นควอตซ์บางหรือส้อมเสียงจิ๋วจึงสั่นที่ความถี่ซึ่งเสถียรมากเมื่อต่อเข้าไปในวงจร Warren Marrison และ J. W. Horton สร้างนาฬิกาควอตซ์เรือนแรกที่ Bell Telephone Laboratories ในปี 1927 Seiko ขายนาฬิกาข้อมือควอตซ์เรือนแรกชื่อ Astron เมื่อ 25 ธันวาคม 1969 ผลึกของมันเดินที่ 8,192 Hz และบอกเวลาคลาดเคลื่อนราวห้าวินาทีต่อเดือน นาฬิกาส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้ผลึก 32,768 Hz (2¹⁵ ครั้งของการสั่นต่อวินาที) และออสซิลเลเตอร์เชิงพาณิชย์ใช้ควอตซ์ที่ปลูกด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มัลในออโตเคลฟ แทนผลึกที่ขุดขึ้นมา

ระบบอัตโนมัติเดินไปถึงตั้งแต่โรงเก็บกู้แร่จนถึงโต๊ะจัดเกรด ที่เหมือง เครื่องคัดแยกด้วยการส่งผ่านรังสีเอกซ์ (XRT) ถ่ายภาพแร่ที่บดแล้วขณะที่มันผ่านแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ แยกเพชรออกจากหินโดยรอบด้วยความต่างของความหนาแน่นเชิงอะตอม และดีดเพชรออกมาด้วยลมอัดเป็นจังหวะ เพราะ XRT เก็บกู้พลอยเม็ดใหญ่ได้ตั้งแต่ต้นกระบวนการ มันจึงลดความเสี่ยงที่พลอยจะแตกในการบดขั้นถัดไป เหมือง Karowe ของ Lucara ในบอตสวานาติดตั้งเครื่องคัดแยก TOMRA XRT ในปี 2017 และในเดือนสิงหาคม 2024 เก็บกู้เพชรขนาด 2,492 ct ซึ่ง TOMRA บรรยายว่าเป็นเพชรที่ใหญ่เป็นอันดับสองเท่าที่มีบันทึกไว้

ในการวางแผนพลอยก้อน เครื่องสแกนทำแผนที่มลทินอย่างระบบ Galaxy ของ Sarine สร้างแบบจำลองสามมิติของพลอยและตำหนิภายในของมัน จากนั้นซอฟต์แวร์วางแผนจะเสนอรูปทรงเจียระไนที่ถ่วงดุลระหว่างผลได้ (น้ำหนักที่เหลืออยู่หลังการเจียระไน) กับเกรดที่แต่ละทางเลือกจะได้

การจัดเกรดเป็นเป้าหมายล่าสุด เมื่อ 27 กรกฎาคม 2020 GIA ประกาศว่าตนได้เริ่มจัดเกรดความสะอาดของเพชรด้วยระบบปัญญาประดิษฐ์ที่ IBM Research สร้างขึ้น และฝึกด้วยข้อมูลจากเครื่องมือของ GIA กับเพชรหลายสิบล้านเม็ดที่ผู้จัดเกรดของตนเองตรวจมาแล้ว ระบบนี้ใช้งานอย่างจำกัดที่ห้องปฏิบัติการของ GIA ในนิวยอร์กและคาร์ลสแบด และ GIA ระบุว่าจะขยายไปยังขนาด รูปทรงและคุณภาพอื่นเพิ่มขึ้น Sarine ขายอุปกรณ์ถ่ายภาพและซอฟต์แวร์ที่จัดเกรดสี ความสะอาดและการเจียระไนโดยอัตโนมัติ ระบบเช่นนี้ใช้กฎการจัดเกรดและข้อมูลฝึกที่มันถูกสร้างขึ้นมาบนนั้น ผลของมันจึงสม่ำเสมอได้เท่าที่เอกสารอ้างอิงเหล่านั้นสม่ำเสมอ

ฝาแฝดดิจิทัล คือบันทึกข้อมูลของพลอยเม็ดหนึ่งโดยเฉพาะ สร้างขึ้นจากการสแกน ภาพถ่าย น้ำหนักและผลการจัดเกรด บางครั้งเริ่มตั้งแต่ขั้นพลอยก้อน เพื่อให้จับคู่อัญมณีที่เจียระไนแล้วกลับไปหาแหล่งที่มาของมันได้ De Beers เปิดตัวแพลตฟอร์มบล็อกเชน Tracr ของตนในปี 2018 และนำออกใช้ในระดับใหญ่ในปี 2022 ถึงปี 2025 บริษัทรายงานว่ามีเพชรมากกว่าสามล้านเม็ดที่ลงทะเบียนตั้งแต่ต้นทาง พร้อมข้อมูลประเทศต้นกำเนิดสำหรับเพชรที่ใหญ่กว่าหนึ่งกะรัต และบริษัทกำหนดให้ผู้ใช้ต้องเป็นสมาชิก Responsible Jewellery Council บล็อกเชนทำให้บันทึกถูกแก้ได้ยากเมื่อเขียนลงไปแล้ว แต่พิสูจน์ไม่ได้ว่ารายการแรกเป็นความจริง ซึ่งเป็นเหตุที่ Tracr จับคู่บัญชีของตนเข้ากับข้อมูลการสแกนของ Sarine ส่วน Everledger ซึ่งเป็นสตาร์ตอัปด้านแหล่งที่มาบนบล็อกเชนรุ่นแรกๆ เข้าสู่กระบวนการฟื้นฟูกิจการในปี 2023

สกุลเงินคริปโตขึ้นไปถึงปลายบนของตลาดเมื่อ 9 กรกฎาคม 2021 เมื่อ Sotheby’s ฮ่องกงขาย The Key 10138 ซึ่งเป็นเพชรทรงหยดน้ำสี D ขนาด 101.38 ct ในราคา 12.3 ล้านดอลลาร์สหรัฐที่ชำระด้วยคริปโต การแปลงเป็นโทเคนแบ่งความเป็นเจ้าของพลอยที่เก็บรักษาไว้ออกเป็นหน่วยดิจิทัล ตัวอย่างเช่น Diamond Standard ออกเหรียญและแท่งที่บรรจุเพชรซึ่งมีใบรับรอง และบันทึกไว้บนเครือข่าย Hedera มูลค่าของโทเคนเช่นนั้นขึ้นกับการรับฝาก การตรวจสอบและการกำกับดูแล ไม่ได้ขึ้นกับบัญชีเพียงอย่างเดียว

สำหรับผู้ซื้อออนไลน์ GIA แนะนำให้มองหาภาพมุมมอง 360° และยืนยันนโยบายการคืนสินค้า Signet Jewelers ซื้อ Blue Nile ในราคา 360 ล้านดอลลาร์สหรัฐเมื่อปี 2022 และในเดือนมีนาคม 2026 ประกาศว่าจะรวมเว็บไซต์ James Allen ของตนเข้ากับ Blue Nile