เทคโนโลยี

เพชรอุตสาหกรรมถูกเลือกด้วยสมรรถนะ ไม่ใช่รูปลักษณ์ และเกือบทั้งหมดผลิตในโรงงาน US Geological Survey รายงานว่าในปี 2025 วัสดุสังเคราะห์คิดเป็นมากกว่า 99% ของการผลิตและการบริโภคเพชรอุตสาหกรรมทั่วโลก และผลผลิตทั่วโลกเกิน 15 พันล้านกะรัต จีนเป็นผู้ผลิตอันดับหนึ่ง ตามด้วยสหรัฐอเมริกาและรัสเซีย ทั้งสามรวมกันคิดเป็นราว 99% ของผลผลิตสังเคราะห์

อุตสาหกรรมนี้เริ่มต้นที่ General Electric ซึ่ง Tracy Hall ทำการสังเคราะห์ที่ทำซ้ำได้สำเร็จเมื่อ 16 ธันวาคม 1954 ในเครื่องอัดแบบ “belt” ของเขา ซึ่งเป็นอุปกรณ์ความดันสูงอุณหภูมิสูง (HPHT) ที่เปลี่ยนแกรไฟต์เป็นเพชรด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กหลอมเหลว GE ประกาศผลในเดือนกุมภาพันธ์ 1955

เพชรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้เป็น วัสดุขัดถู คือเม็ดกรวดที่ยึดไว้ในล้อเจียร ชิ้นใบเลื่อยสำหรับคอนกรีตและหิน เลื่อยลวดและผงขัด การเจาะเป็นการใช้งานหลักอีกอย่าง GE คิดค้นวัสดุประกอบเพชรหลายผลึก (PDC) ซึ่งเป็นชั้นเพชรที่ซินเตอร์แล้วยึดติดกับทังสเตนคาร์ไบด์ ในปี 1971 และเริ่มขายหัวตัด PDC ในปี 1976 บทความประวัติปี 2015 ที่วิศวกรของ Baker Hughes เขียนใน Drilling Contractor ซึ่งเป็นนิตยสารของ International Association of Drilling Contractors รายงานว่าหัวเจาะ PDC เจาะได้มากกว่า 90% ของความยาวหลุมน้ำมันและก๊าซทั่วโลก ขณะที่รายงานของ Sandia National Laboratories ปี 2010 กล่าวอย่างระมัดระวังกว่าว่าหัวเจาะแบบลาก PDC ครองการเจาะน้ำมันและก๊าซ เครื่องมือที่หุ้มปลายด้วยเพชรยังใช้กลึงโลหะผสมอะลูมิเนียม วัสดุคอมโพสิตและเซรามิก แต่สึกเร็วเมื่อใช้กับเหล็กกล้า เพราะเหล็กร้อนละลายคาร์บอน

เพชรรวมสมบัติที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นพร้อมกันไว้ด้วยกัน เพชรผลึกเดี่ยวความบริสุทธิ์สูงนำความร้อนได้มากกว่า 2,000 W/m·K ที่อุณหภูมิห้อง ราวห้าเท่าของทองแดง แต่กลับเป็นฉนวนไฟฟ้าที่มีช่องว่างแถบพลังงาน (พลังงานที่ต้องใช้ปลดปล่อยอิเล็กตรอนให้นำกระแส) 5.47 eV เทียบกับ 1.12 eV ของซิลิคอน

ในฐานะ ตัวกระจายความร้อน แผ่นเพชรบางถูกวางไว้ใต้ชิปที่ร้อนและพาความร้อนออกด้านข้างก่อนที่มันจะสะสมตัว ผู้ใช้งานทั่วไปคือเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และเลเซอร์ไดโอดกำลังสูง Element Six กับ Orbray ของญี่ปุ่นเริ่มความร่วมมือเรื่องเพชรผลึกเดี่ยวระดับเวเฟอร์ในเดือนมิถุนายน 2024 เมื่อ Orbray ปลูกวัสดุได้กว้างถึง 55 mm และในเดือนมิถุนายน 2026 ทั้งสองรายงานกระบวนการผลิตฐานรองขนาด 3 นิ้วที่ทำซ้ำได้ โดยขนาด 4 นิ้วอยู่ระหว่างการพัฒนา

ในฐานะสารกึ่งตัวนำ เพชรโดยหลักการแล้วรับแรงดันและอุณหภูมิได้สูงกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์หรือ GaN การเจือโบรอนทำให้มันเป็นชนิด p แต่ไม่มีตัวให้อิเล็กตรอนระดับตื้น ฟอสฟอรัสอยู่ต่ำกว่าแถบนำไฟฟ้า 0.6 eV เทียบกับ 0.37 eV ของตัวรับโบรอน การเจือให้เป็นชนิด n จึงประสบความสำเร็จได้จำกัด และเวเฟอร์ขนาดใหญ่ที่มีความบกพร่องต่ำยังปลูกได้ยาก ทรานซิสเตอร์เพชรจึงยังอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการและการผลิตนำร่อง

ในฐานะหน้าต่าง เพชรที่ปลูกด้วยการตกเคลือบไอเชิงเคมี (CVD) ส่งผ่านแสงตั้งแต่ราว 225 nm ในย่านอัลตราไวโอเลตไปจนถึงอินฟราเรดไกลและไมโครเวฟ โดยมีแถบการดูดกลืนอ่อนระหว่าง 2.5 ถึง 6.5 µm มันถูกใช้ในหน้าต่างเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ แนวลำรังสีเอกซ์ของซินโครตรอน และระบบไมโครเวฟกำลังสูง

ศูนย์ไนโตรเจน-ช่องว่าง (NV) คือความบกพร่องแบบจุดที่อะตอมไนโตรเจนเข้าแทนที่อะตอมคาร์บอนหนึ่งอะตอม และอยู่ติดกับตำแหน่งว่างในโครงผลึก ในรูปที่มีประจุลบ ความบกพร่องนี้มีสถานะพื้นแบบสปินทริปเล็ต คือมีระดับย่อยเชิงแม่เหล็กสามระดับ โดยสองระดับอยู่สูงกว่าระดับที่สามราว 2.87 GHz เมื่อไม่มีสนามภายนอก แสงเลเซอร์สีเขียวกระตุ้นศูนย์นี้ และความสว่างของการเรืองแสงสีแดงของมัน (เส้นซีโรโฟนอนที่ 637 nm) ขึ้นอยู่กับสถานะสปิน จึงอ่านสปินควอนตัมเดี่ยวได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แสงและไมโครเวฟ เทคนิคนี้เรียกว่าการเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ตรวจวัดด้วยแสง

สปินคงความสอดคล้องไว้ได้นานถึงระดับมิลลิวินาทีที่อุณหภูมิห้องในเพชรที่บริสุทธิ์มาก ซึ่งเป็นเรื่องผิดปกติในบรรดาคิวบิตสถานะของแข็ง สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า ความเครียดและอุณหภูมิล้วนทำให้เรโซแนนซ์เลื่อน NIST รายงานความสามารถในการตรวจจับสนามแม่เหล็กลงไปถึงระดับนาโนเทสลาต่อรากเฮิรตซ์ บนมาตราความยาวไม่กี่สิบนาโนเมตร ในอากาศและที่อุณหภูมิห้อง

ในปี 2015 นักฟิสิกส์ที่ Delft University of Technology ทำให้สปินอิเล็กตรอนในเพชรสองเม็ดที่ห่างกัน 1.3 km พัวพันกัน และทำการทดสอบ Bell ที่ปิดช่องโหว่เป็นครั้งแรกๆ ฮาร์ดแวร์เดินตามฟิสิกส์ เมื่อ 31 พฤษภาคม 2022 Pawsey Supercomputing Research Centre ในเพิร์ธติดตั้งอุปกรณ์ของ Quantum Brilliance ซึ่งศูนย์เรียกว่าเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมฐานเพชรที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องเครื่องแรกของโลกที่ติดตั้งอยู่ในศูนย์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เพชรระดับควอนตัมถูกออกแบบขึ้น ไม่ได้ขุดจากเหมือง โดยปลูกด้วย CVD พร้อมเติมไนโตรเจนในปริมาณที่ควบคุมไว้

เซลล์ทั่งเพชร (DAC) บีบตัวอย่างไว้ระหว่างปลายแบนของเพชรคุณภาพอัญมณีสองเม็ด ทั่งทั้งสองมักหนักระหว่าง 1/8 ถึง 1/3 ct และปลายที่ขัดเงาแล้วซึ่งเรียกว่าคิวเล็ต โดยทั่วไปกว้าง 100–250 µm เพราะแรงขนาดปานกลางกระทำบนพื้นที่ที่เล็กมาก ความดันจึงมหาศาล ปะเก็นโลหะบางที่เจาะรูไว้ทำหน้าที่กักตัวอย่าง

เซลล์นี้พัฒนาขึ้นในปี 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 จึงวัดตัวอย่างขณะอยู่ใต้ความดันและให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ไปพร้อมกันได้

อัญมณีศาสตร์เป็นผู้ให้มาตรวัดความดัน ในปี 1972 นักวิจัยของ NBS เผยแพร่วิธีที่อาศัยเส้นเรืองแสงสีแดงที่คมชัดของทับทิม ซึ่งเลื่อนไปยังความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นอย่างสม่ำเสมอเมื่อความดันสูงขึ้น เศษทับทิมเล็กๆ ข้างตัวอย่างจึงทำหน้าที่เป็นมาโนมิเตอร์ เซลล์ผ่าน 100 GPa ในปี 1975 และปัจจุบันไปถึงราว 360 GPa ที่ใจกลางโลก ขณะที่ทั่งสองขั้นแบบเฉพาะทางมีรายงานว่าเกิน 600 GPa ในปี 2012 และกลุ่มเดียวกันรายงานในภายหลังว่าเกิน 750 GPa ในปี 2015 และเกิน 1 TPa ในปี 2016 ซึ่งเป็นตัวเลขที่ยังมีข้อโต้แย้ง การทดลองด้วย DAC เป็นพื้นฐานของแบบจำลองภายในดาวเคราะห์และการค้นหาเฟสที่ความดันสูง ตั้งแต่น้ำแข็งและไนโตรเจนความหนาแน่นสูงไปจนถึงไฮไดรด์ตัวนำยวดยิ่ง

แซปไฟร์สังเคราะห์คืออะลูมิเนียมออกไซด์ผลึกเดี่ยว ซึ่งทางเคมีเหมือนคอรันดัมธรรมชาติ แต่ปลูกให้ไร้สีและเป็นแท่งโบลขนาดใหญ่สำหรับอุตสาหกรรม ผู้ผลิตใช้วิธีปลูกจากของหลอมเหลวอย่าง Kyropoulos และ Czochralski ซึ่งทำให้ผลึกขนาดใหญ่เย็นตัวลงหรือดึงขึ้นจากอะลูมินาหลอมเหลว ขณะที่กระบวนการหลอมด้วยเปลวไฟแบบ Verneuil ที่เก่ากว่ายังคงป้อนชิ้นส่วนขนาดเล็กและพลอยก้อนสำหรับอัญมณี

ที่ความแข็ง 9 บนมาตราโมส์ แซปไฟร์ต้านรอยขีดข่วนจากเกือบทุกสิ่ง ยกเว้นเพชรและวัสดุแข็งยิ่งยวดอีกไม่กี่ชนิด กระจกนาฬิกา (ฝาครอบใสเหนือหน้าปัด) เป็นการใช้งานที่คุ้นเคย Rolex ระบุว่ารุ่น Submariner ใช้กระจกแซปไฟร์ที่ทนรอยขีดข่วน และ Apple ระบุจอกระจกแซปไฟร์แบบแบนใน Apple Watch Ultra 3 และฝาครอบเลนส์กระจกแซปไฟร์ในกล้องของ iPhone 17 Pro ส่วนหน้าจอโทรศัพท์ที่ทำจากแซปไฟร์ขยายการผลิตได้ยากกว่า GT Advanced Technologies ซึ่งตั้งสายการผลิตแซปไฟร์ขึ้นเพื่อป้อน Apple ยื่นล้มละลายในเดือนตุลาคม 2014

การใช้งานทางอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดคือเป็น ฐานรอง ซึ่งคือเวเฟอร์ที่ใช้ปลูกผลึกอื่นบนนั้น ในปี 1986 Isamu Akasaki และ Hiroshi Amano ปลูกแกลเลียมไนไตรด์คุณภาพสูงบนแซปไฟร์ได้ โดยตกเคลือบชั้นบัฟเฟอร์อะลูมิเนียมไนไตรด์ก่อน และในปี 1993 Shuji Nakamura ผลิต LED สีน้ำเงินฐาน GaN ที่สว่างได้ ทั้งสามคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2014 ร่วมกัน ชิป LED สีน้ำเงินที่เคลือบสารเรืองแสงผลิตแสง LED สีขาวส่วนใหญ่ และบทปริทัศน์ปี 2016 รายงานว่าแซปไฟร์ยังคงเป็นฐานรองเชิงพาณิชย์ที่นิยมที่สุดสำหรับชิปเหล่านั้น วัสดุนี้ยังใช้เป็นหน้าต่างสำหรับเซ็นเซอร์อินฟราเรดด้วย

เมื่อ 16 พฤษภาคม 1960 Theodore Maiman เดินเครื่องเลเซอร์เครื่องแรกที่ Hughes Research Laboratories ในมาลิบู รัฐแคลิฟอร์เนีย ร่วมกับ Irnee D'Haenens และ Charles Asawa ตัวกลางขยายสัญญาณของมันคือแท่งทับทิมสีชมพูสังเคราะห์ขนาดเล็ก ราว 1 × 2 cm ชุบเงินที่ปลายทั้งสองข้าง และมีหลอดแฟลชขดเป็นเกลียวล้อมรอบ ไอออนโครเมียม (Cr³⁺) ซึ่งเป็นมลทินที่ให้สีแก่ทับทิมอัญมณี ดูดกลืนแสงแฟลชแล้วเปล่งแสงสีแดงที่สอดคล้องกันที่ 694.3 nm Hughes ประกาศผลในการแถลงข่าวเมื่อ 7 กรกฎาคม 1960 และบทความของ Maiman ปรากฏใน Nature เมื่อ 6 สิงหาคม วัสดุอื่นเข้ามาแทนที่ทับทิมในการใช้งานส่วนใหญ่ในเวลาไม่นาน แต่การเรืองแสงของทับทิมยังคงเป็นมาตรวัดความดันมาตรฐานในเซลล์ทั่งเพชร

ควอตซ์ทำงานอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชิ้น มันเป็นสารเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ Jacques และ Pierre Curie ค้นพบในปี 1880 การบีบผลึกทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าทำให้มันเปลี่ยนรูป แผ่นควอตซ์บางหรือส้อมเสียงควอตซ์จึงสั่นที่ความถี่ที่เสถียรมากเมื่ออยู่ในวงจร Warren Marrison สร้างนาฬิกาควอตซ์เครื่องแรกที่ Bell Telephone Laboratories ในปี 1927 และสร้างมาตรฐานความถี่ที่ปรับปรุงแล้วในปีถัดมา ซึ่ง Horton และ Marrison ตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ปีนั้นใน Proceedings of the IRE Seiko ขายนาฬิกาข้อมือควอตซ์เรือนแรกคือ Astron เมื่อ 25 ธันวาคม 1969 ผลึกของมันทำงานที่ 8,192 Hz และเดินคลาดเคลื่อนราวห้าวินาทีต่อเดือน ปัจจุบันนาฬิกาส่วนใหญ่ใช้ผลึก 32,768 Hz (2¹⁵ ต่อวินาที) และออสซิลเลเตอร์เชิงพาณิชย์ใช้ควอตซ์ที่ปลูกด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มัล ไม่ใช่ผลึกที่ขุดจากเหมือง

ระบบอัตโนมัติขยายจากโรงแต่งแร่ไปถึงโต๊ะจัดเกรด ที่เหมือง เครื่องคัดแยกด้วยการส่งผ่านรังสีเอกซ์ (XRT) ถ่ายภาพแร่ที่บดแล้ว แยกเพชรออกจากหินด้วยความต่างของความหนาแน่นเชิงอะตอม และเป่าเพชรออกมาด้วยลมอัด การเก็บกู้พลอยเม็ดใหญ่ตั้งแต่ต้นลดความเสี่ยงที่มันจะแตกในการบดขั้นต่อไป เหมือง Karowe ของ Lucara ในบอตสวานาติดตั้งเครื่องคัดแยก TOMRA XRT ในปี 2017 และในเดือนสิงหาคม 2024 เก็บกู้ Motswedi ได้ ซึ่ง TOMRA รายงานไว้ที่ 2,492 ct ว่าเป็นเพชรใหญ่อันดับสองเท่าที่มีบันทึก ส่วน Lucara ให้ตัวเลข 2,488 ct มาตั้งแต่เดือนธันวาคม 2024

ในการวางแผนพลอยก้อน เครื่องสแกนทำแผนที่มลทินอย่างระบบ Galaxy ของ Sarine สร้างแบบจำลองสามมิติของพลอยและตำหนิในนั้น จากนั้นซอฟต์แวร์วางแผนเสนอรูปทรงเจียระไนที่ถ่วงดุลระหว่างอัตราคงเหลือ (น้ำหนักที่เก็บไว้ได้หลังเจียระไน) กับเกรดที่แต่ละทางเลือกจะได้

การจัดเกรดเป็นเป้าหมายล่าสุด เมื่อ 27 กรกฎาคม 2020 GIA ประกาศว่าได้เริ่มจัดเกรดความสะอาดของเพชรด้วยระบบปัญญาประดิษฐ์ที่ IBM Research สร้างขึ้น และฝึกด้วยข้อมูลจากเครื่องมือของ GIA และเพชรหลายสิบล้านเม็ดที่ผู้จัดเกรดของสถาบันเคยตรวจ Tom Moses ของ GIA ระบุว่าเป้าหมายคือความสม่ำเสมอ ความถูกต้องและความเร็ว ระบบนี้ถูกใช้อย่างจำกัดที่ห้องปฏิบัติการของ GIA ในนิวยอร์กและคาร์ลสแบด และ GIA ระบุว่าจะขยายไปยังขนาด รูปทรงและคุณภาพอื่นเพิ่มขึ้น Sarine ขายอุปกรณ์และซอฟต์แวร์ที่จัดเกรดสี ความสะอาดและการเจียระไนโดยอัตโนมัติ ระบบเช่นนี้ใช้กฎและข้อมูลฝึกที่มันถูกสร้างขึ้นมา ผลลัพธ์ของมันจึงสม่ำเสมอได้เพียงเท่าที่ข้อมูลอ้างอิงเหล่านั้นสม่ำเสมอ

ฝาแฝดดิจิทัล คือระเบียนข้อมูลของพลอยเม็ดหนึ่ง สร้างขึ้นจากการสแกน ภาพถ่าย น้ำหนักและผลการจัดเกรด บางครั้งเริ่มตั้งแต่ขั้นพลอยก้อน เพื่อให้จับคู่พลอยที่เจียระไนแล้วกับแหล่งที่มาได้ De Beers เปิดตัวแพลตฟอร์มบล็อกเชน Tracr ในปี 2018 และเปิดใช้ในระดับใหญ่ในปี 2022 ถึงปี 2025 บริษัทรายงานว่ามีเพชรลงทะเบียนที่ต้นทางมากกว่าสามล้านเม็ด พร้อมข้อมูลประเทศแหล่งกำเนิดสำหรับพลอยที่เกินหนึ่งกะรัต และกำหนดให้ผู้ใช้ต้องเป็นสมาชิก Responsible Jewellery Council บล็อกเชนทำให้ระเบียนแก้ไขได้ยากเมื่อเขียนลงไปแล้ว แต่พิสูจน์ไม่ได้ว่าข้อมูลที่บันทึกครั้งแรกเป็นความจริง Tracr จึงจับคู่บัญชีของตนเข้ากับข้อมูลการสแกนของ Sarine ส่วน Everledger ซึ่งเป็นสตาร์ตอัปด้านแหล่งที่มายุคแรก เข้าสู่กระบวนการฟื้นฟูกิจการในปี 2023

สกุลเงินคริปโตไปถึงระดับบนสุดของตลาดเมื่อ 9 กรกฎาคม 2021 เมื่อ Sotheby's ฮ่องกงขาย The Key 10138 ซึ่งเป็นเพชรทรงหยดน้ำสี D ขนาด 101.38 ct ได้ 12.3 ล้านดอลลาร์สหรัฐเป็นคริปโต การแปลงเป็นโทเคนแบ่งความเป็นเจ้าของพลอยที่เก็บรักษาไว้ออกเป็นหน่วยดิจิทัล Diamond Standard ออกเหรียญและแท่งที่บรรจุเพชรซึ่งมีใบรับรอง บันทึกไว้บน Hedera มูลค่าของมันขึ้นอยู่กับการเก็บรักษา การตรวจสอบและการกำกับดูแล ไม่ใช่บัญชีบล็อกเชนเพียงอย่างเดียว

GIA แนะนำให้ผู้ซื้อทางออนไลน์ตรวจภาพมุมมอง 360° และนโยบายการคืนสินค้า Signet Jewelers ซื้อ Blue Nile ในราคา 360 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2022 รายงานประจำปีเดือนมีนาคม 2026 ของบริษัทระบุว่าจะยุติเว็บไซต์ jamesallen.com และรายงานรายไตรมาสเดือนกันยายน 2026 บันทึกว่า James Allen กลายเป็นคอลเลกชันหนึ่งภายในเว็บไซต์ Blue Nile ในเดือนพฤษภาคม 2026 พร้อมการตัดมูลค่าสินค้าคงคลัง 31.3 ล้านดอลลาร์สหรัฐ