Berlian sintetis
Kristal berlian sekelas batu perhiasan pertama kali diproduksi pada tahun 1970 oleh GE, yang dilaporkan pada tahun 1971. Kesuksesan pertama tersebut akibat penggunaan tuba "pyrophyllite" yang ditanamnkan pada setiap ujungnya dengan lapisan tipis berlian. Material grafit ditempatkan di tengah dan logam terlarut (nikel) di antara grafit dan benih berlian. Kontainer dipanaskan dan tekanan meningkat
hingga 5.5 GPa. Kristal tumbuh seperti mengalir dari tengah hingga ujung tuba. Meningkatkan lamanya proses akan menghasilkan kristal yang berukuran lebih besar. Pada awalnya, proses penumbuhan yang memakan waktu selama satu minggu menghasilkan berlian berukuran 5 mm (1 karat, 0.2 gram), dan kondisi proses harus stabil.
Berlian yang diproduksi ketika itu selalu berwarna kuning hingga coklat akibat kontaminasi nitrogen. Inklusi atau penambahan mineral umum dilakukan. Memindahkan seluruh nitrogen dari proses dengan menambahkan alumunium atau titanium menghasilkan berlian tak berwarna, dan pemindahan nitrogen disertai penambahan boron akan menghasilkan berlian berwarna biru. Memindahkan nitrogen dari proses juga memperlambat proses dan mengurangi kualitas kristalin, sehingga proses umumnya dilakukan dengan kehadiran nitrogen dalam proses.
Meski berlian GE dan berlian alami secara kimiawi identik, sifat fisik antara keduanya tidaklah sama. Berlian tak berwarna menghasilkan efek fluoresensi dan fosforesensi yang kuat di bawah sinar ultra violet dengan panjang gelombang pendek, namun menjadi inert ketika diberi sinar UV dengan panjang gelombang yang panjang. Di antara berlian alami, hanya berlian berwarna biru yang langka yang
menghasilkan efek seperti ini. Tidak seperti berlian alami, berlian GE menunjukkan fluoresensi kuning yang kuat di bawah sinar X. De Beers Diamond Research Laboratory telah menumbuhkan berlian hingga 25 karat (5 gram) untuk tujuan penelitian. Kondisi HPHT yang stabil dijaga selama enam minggu untuk menghasilkan berlian berkualitas tinggi, namun jika untuk tujuan komersial, penumbuhan biasanya dihentikan ketika berlian mencapai berat 1 karat (0.2 gram) hingga 1.5 karat (0.3 gram).
Pada tahun 1950an, penelitian dimulai di Uni Soviet dan Amerika Serikat dalam penumbuhan berlian dengan pirolisis gas hidrokarbon pada temperatur yang relatif rendah, yaitu 800 C. Metode ini dinamakan deposisi uap kimia (chemical vapor deposition, CVD). Deryagin dan Fedoseev secara sukses membuat lapisan berlian dari material non berlian (silikon dan logam), yang memicu penelitian besar-besaran dalam penelitian pembuatan berlian yang murah.
Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk memproduksi berlian sintetis. Metode pertama menggunakan tekanan dan temperatur tinggi (HPHT) dan masih dipergunakan secara luas karena rendah biaya produksinya. Proses ini melibatkan tekanan yang cukup besar hingga mencapai tekanan 5 GPa pada temperatur 1500 C. Metode kedua menggunakan deposisi uap kimia (CVD), menciptakan plasma karbon di atas substrat
dimana karbon akan dijadikan berlian. Metode lainnya yaitu metode peledakkan dan penggunaan gelombang suara ultrasonik.
Biasanya, ketiadaan cacat kristal adalah penilaian kualitas yang paling penting dalam suatu batu perhiasan. Kemurnian dan kesempurnaan struktur kristal menjadikan berlian bening dan jernih, dimana kekerasan, dispersi optis, dan kestabilan kimia menjadikannya batu perhiasan yang sangat populer. Konduktivitas termal yang tinggi juga penting untuk aplikasi teknis, sedangkan sifat lainnya bervariasi bergantung bagaimana berlian itu terbentuk.
Berlian dapat berupa kristal tunggal atau kristal-kristal yang bergabung secara kontinu (polikristal). Kristal tunggal yang bening, jernih, dan berukuran besar umumnya dijadikan batu perhiasan. Berlian polikristalin terdiri dari sejumlah butiran kecil kristal, yang dapat dilihat dengan mudah oleh mata biasa melalui kuatnya penyerapan dan penyebaran cahaya. Berlian seperti ini tidak bisa
dijadikan sebagai batu perhiasan dan hanya cocok untuk aplikasi industri dan pertambangan serta sebagai alat pemotong.
Berlian adalah material terkeras, dimana kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan terhadap gesekan dan diperingkatkan dalam nilai 1 hingga 10 (terkeras) menggunakan skala Mohs. Berlian memiliki kekerasan 10 dalam skala ini. Kekerasan berlian dintetis bergantung pada kemurnian dan kesempurnaan struktur kristal. Berlian nanokristalin yang diproduksi melalui CVD dapat memiliki tingkat
kekerasan antara 30 hingga 75 persen dari berlian sesungguhnya, dan tingkat kekerasan dapat diatur dengan aplikasi spesifik. Beberapa berlian sintetis kristal tunggal dan berlian nanokristalin HPHT dapat memiliki tingkat kekerasan melebihi berlian alami.
Setiap berlian mengandung atom-atom selain karbon dalam konsentrasi yang mampu dideteksi oleh berbagai teknik analitik. Atom-atom tersebut dapat berkumpul menjadi fase-fase makroskopik yang disebut "inclusion". Ketidakmurnian umumnya hal yang dihindari, namun berlian dapat dibuat tidak murni secara sengaja untuk mendapatkan sifat tertentu dari berlian. Misalnya, berlian murni
adalah insulator listrik, namun berlian dengan tambahan boron merupakan konduktor listrik (dan dapat menjadi superkonduktor), menjadikannya dapat digunakan dalam aplikasi elektronik. Keberadaan nitrogen dapat mencegah dislokasi, menjadikan berlian memiliki kekerasan dan ketangguhan yang meningkat.
Tidak seperti kebanyakan insulator listrik, berlian murni adalah konduktor panas yang baik karena ikatan kovalen yang kuat di dalam kristalnya. Konduktivitas termal berlian alami adalah yang tertinggi di antara material solid yang pernah diketahui. Kristal tunggal berlian sintetis dengan kemurnian 99.9% memiliki konduktivitas termal sebesar 30 W/cm K pada temperatur ruangan, lima kali lebih
tinggi dibandingkan tembaga yang merupakan logam penghantar panas yang baik. Konduktivitas termal berlian akan berkurang sebanyak 1.1% dengan kehadiran atom karbon-13.
Konduktivitas termal berlian dimanfaatkan oleh para penjual batu perhiasan dan ahli batu perhiasan untuk membedakan berlian asli dengan imitasi. Mereka menggunakan alat yang terdiri dari dua termistor bertenaga baterai. Termistor yang satu memanaskan, sedangkan yang lainnya mengukur temperatur.
Sebagian besar aplikasi industri dari berlian sintetis berkaitan dengan kekerasannya; sifat ini sangat cocok sebagai material pembuat alat pemotong. Sebagai material terkeras, berlian dapat digunakan untuk menghaluskan, memotong, dan lain sebagainya. Berlian sintetis dapat dijadikan bahan untuk membuat ujung mata pisau pemotong, gergaji logam, hingga abrasif. Umumnya, berlian HPHT lebih disenangi karena
memiliki sifat mekanis yang lebih baik dari berlian alami. Namun berlian tidak dapat digunakan pada mesin pemotong berkecepatan tinggi untuk memotong logam dari besi karena karbon larut dalam besi cair pada temperatur tinggi yang tercipta oleh kinerja mesin pemotong berkecepatan tinggi.
Di mana kebanyakan material yang memiliki konduktivitas termal yang tinggi juga memiliki konduktivitas elektrik yang tinggi, berlian sintetik maupun murni memiliki konduktivitas termal yang tinggi namun memiliki konduktivitas listrik yang dapat diabaikan. Dua sifat ini bermanfaat untuk elektronik dimana berlian digunakan sebagai peredam panas untuk laser semikonduktor berkekuatan tinggi dan transistor
berkekuatan tinggi. Disipasi panas yang efisien memperpanjang usia peralatan elektronik tersebut, dan harga yang mahal setara dengan manfaat yang didapatkannya. Dalam teknologi semikonduktor, penyebar panas yang terbuat dari berlian sintetis mencegah silikon dan material semikonduktor lainnya dari kelebihan panas.