새로운 핑크 다이아몬드 처리법

귀금속경제신문 2009년 03월

천연의 핑크 칼라 다이아몬드는 매우 희귀하고 값도 비싸기 때문에 다이아몬드의 핑크 칼라 처리 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

최신의 기술은 매우 복잡한 3가지 단계로 진행된다. HPHT(고압고온) 열처리(annealing)와 전자를 이용한 방사능 조사, 이어지는 저온 열처리가 바로 그것이다. 이 과정은 천연의 라이트 옐로우, 혹은 브라운 칼라의 타입 Ia(질소가 많이 함유된) 다이아몬드를 팬시 핑크, (또는 레드, 퍼플) 칼라로 바꾸어 놓을 수 있다. 이러한 처리를 받은 유색석은 2004년부터 상업적으로 유통되고 있다.

천연 칼라의 다이아몬드를 처리된 칼라와 구별할 수 있는 많은 감정상, 분광학 상의 특성들이 발견되었다. 하지만 최근에 이루어진 처리된 핑크 다이아몬드에 대한 연구에서는 사상 처음으로 다이아몬드 처리를 통해 천연 핑크 다이아몬드와 동일한 칼라의 분포를 만들어낼 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

천연의 타입 Ia 핑크 다이아몬드

천연의 핑크(레드, 퍼플) 다이아몬드에서 관찰되는 칼라 조닝은 다이아몬드가 땅 속에서 형성될 당시에 다이아몬드에 가해진 외부의 압력에 의해 생겨나게 된다. 이러한 압력으로 인해 탄소 원자면들 중 일부가 다른 면 속으로 밀려들어가게 된다.

이러한 변형이 일어난 천연의 칼라 다이아몬드는 줄무늬와 비슷한 칼라의 분포를 갖게 된다. 칼라 면은 밀린 방향을 향하고 있으며 이 때문에 핑크(레드, 퍼플) 칼라의 면은 이 면을 빼면 무색에 가까운 다이아몬드의 내부에 나타나게 된다. 이러한 줄무늬를 보석학에서는 일반적으로 ‘칼라 그레이닝’이라고 하며 이를 천연 칼라 다이아몬드의 특성으로 설명한다.  

처리된 타입 Ia 핑크 다이아몬드

칼라 그레이닝은 천연 칼라의 핑크(레드, 퍼플) 다이아몬드의 특성으로 여겨지고 있다. 하지만 이러한 특성의 감별은 신중하게 이루어져야 할 것이다.

최근 처리된 0.36캐럿의 팬시 인텐스 퍼플리쉬 핑크 다이아몬드를 검사한 결과, 다른 점이 발견되었다. 이 스톤은 페이스 업으로 보았을 때 균일한 칼라 분포를 나타냈다. 하지만 이 스톤을 현미경을 통해 보았을 때 천연의 핑크 칼라 다이아몬드의 특성인 불규칙적인 칼라 분포가 나타났다. 스톤에 나타난 칼라 조닝 속에서 굵기가 각기 다른 퍼플리쉬 핑크 밴드로 이루어진 매우 섬세한 칼라 그레이닝이 관찰되었다. 그 굵기는 매우 얇음~두꺼움에 걸쳐 있었고 무색에 가까운 바탕색을 가지고 있는 이 스톤 전체를 가로지르고 있었다.

처리된 다이아몬드에서 나타난 이런 칼라 조닝은 기존의 처리 다이아몬드에서 관찰된 것과 큰 차이를 보였다. 기존의 처리된 핑크~레드~퍼플 다이아몬드의 칼라 조닝에서 나타난 칼라는 곧고, 각이 지고, 불규칙한 형태를 띤 것이 복합적으로 모여 있었다.

우크라이나 소재 Institute for Superhard Materials의 Andru Katrusha 박사와 독일의 SedKrist GmbH의 Heiner Vollstadt 박사가 공동으로 이 스톤을 처리했으며 이들은 타입 Ia의 천연 라이트 브라운 칼라 다이아몬드를 한 개 골라, 이를 섭씨 2200도에 HPHT 처리했다. HPHT 처리 후, 이 스톤은 그리니쉬 옐로우로 바뀌었다. 여기에 전자를 이용한 방사능 조사를 하자, 스톤은 다크 그린 칼라로 변했다. 마지막 세 번째 단계로 섭씨 1000도에서 두 시간 동안 계속된 열처리 후 이 스톤은 퍼플리쉬 핑크 칼라를 띄게 되었다.

이 팬시 인텐스 퍼플리쉬 핑크 다이아몬드는 천연의 타입 Ia 핑크 다이아몬드와 동일한 칼라 분포를 띄는 최초의 처리된 다이아몬드이다. 비록 크기는 작지만 이 스톤은 천연과 더욱 비슷한 처리된 다이아몬드를 만들 수 있다는 가능성의 문을 열었다.

감별

장파 및 단파의 자외선에 노출되었을 때 이 0.36캐럿의 처리된 다이아몬드는 오렌지와 흐릿한 그린-옐로우 칼라가 섞인 형광(강도는 낮음)을 나타냈다. 발광 패턴을 조심스럽게 관찰한 결과 두 가지의 형광 칼라는 각기 다른 성장 구조를 가지고 있었다.

이러한 발광상 반응은 기존의 칼라 처리된 타입 Ia 다이아몬드에서 나타난 것과 같은 것이었다. 하지만 천연의 타입 Ia 핑크 칼라 다이아몬드는 일반적으로 자외선에 노출되었을 때 장파에서는 블루, 단파에서는 블루, 혹은 옐로우 칼라의 발광 반응을 보이게 된다. 다이아몬드 칼라의 발생 원인을 밝혀내기 위해서는 감도 높은 분광광도계(spectrophotometer)가 필요하다.

천연의 핑크, 레드, 퍼플 칼라의 칼라 센터는 550 나노미터에서 넓은 흡수 밴드를 만들어 낸다. 많은 경우 타입 Ia 다이아몬드에서는 N3 센터가 감별되기도 한다. 이러한 두 가지 칼라 센터가 있을 경우에는 이것이 천연 다이아몬드의 칼라의 원인이다. 처리된 다이아몬드의 경우 핑크, 퍼플, 레드의 칼라가 나타나는 원인은 복합적인 처리를 받는 과정에서 단일 질소/단일 공격자점(single nitrogen/single vacancy) 센터가 생성되었기 때문이다.

최근 연구에 따르면 처리된 다이아몬드는 637 나노미터에서 흡수 피크를, 570 나노미터에서 흡수 밴드를 보이는 것으로 나타났다. H3, H4를 포함, 이보다 강도가 약한 칼라 센터들도 관찰되었다. 때로, 탁상용 분광계도 637 나노미터에서 적절한 강도의 흡수 라인이 나타나는 처리된 핑크, 레드, 퍼플 다이아몬드의 감별에는 도움이 되는 것으로 나타났다.

* 기사의 저자 Eric Erel 박사는 스위스 루체른 소재 구벨린 보석 감정소에서 감정을 담당하고 있다.