钻石颜色成因.docx
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钻石颜色成因
钻石的颜色成因
一、钻石的颜色类型
三个系列:
1.开普系列:
无色、微黄-黄色的连续渐变系列
2.褐色系列:
微褐-褐色的连续渐变系列
3.花色系列:
具有清晰特征色彩,颜色饱和度高,价值高的有色钻石
褐色及黄色是否作为花色系列依市场变化而定。
二、钻石中杂质类型及分类
1、钻石中N的存在形式及其特点
氮取代钻石晶格中的碳原子的形式相当的多样,不同的形式还会引起钻石物理性质的变化,目前已经知道,N至少以四种不同的形式存在于钻石的晶格中:
(1单原子N
a、特点:
N占据彼此不相连的C原子的位置,称为孤N或者C中心
b、识别:
503,637nm,1130cm-1吸收光谱线
c、归类:
Ib
注:
天然的Ⅰb型钻石很少,仅占Ⅰ型钻石总数的0.1%左右
但是合成钻石,如不经特殊处理,都属于Ⅰb型。
(2双原子N(A集合体
a、特点:
两个N占据两个相邻C原子的位置并形成缔合体稳定下来,这种形式被称为A集合体或N2中心。
b、识别:
红外区:
☆1282cm-1,1365cm-1,1175cm-1
可见光蓝光区:
478nm
c、归类:
IaA
(3三原子N(N3中心
a、特点:
三个氮原子取代三个相邻的碳原子,组成三角形的原子团,并在三角形原子团的中央产生一个结构空位,形成所谓的N3色心。
b、识别:
红外区:
无特征吸收峰
可见光紫光区:
415nm
c、归类:
Ia型或IaA/B型
注:
N3色心导致在紫光区的吸收,是钻石产生黄色体色的主要原因
(4集合体N(B中心
a、特点:
4个N或4个以上的N原子占据相应的C原子位置,N原子亦可聚集成小片晶。
b、识别:
红外区:
1370cm-1
2.钻石的分类★
⏹
N、B能够影响钻石的颜色和性质⏹
最有效的研究方法:
红外吸收光谱⏹
按用途可分为工业钻石和宝石级钻石两大类。
⏹
按照对红外光的吸收及紫外光的透过能力差异可以确定钻石的类型。
三、天然钻石的颜色成因★
影响颜色的4个因素:
(具体内容见钻石基础教程P23——25
⏹杂质呈色
⏹塑性变形
⏹天然辐射损伤中心
⏹矿物包裹体
各种颜色的钻石的颜色成因:
1.无色钻石:
纯净,无杂质,无晶格变形
2.黄色钻石:
(1Cape系列:
N2、N3、B中心
光谱:
415,423,435,465,478nm
Ⅱ型:
(不含NⅠ型(含N
Ⅱa
ⅡbN以小片晶形式存在于钻石晶体结构中;N以分散状形式存在于钻石晶体结构中;不导电,具有最高的导热性,在短波紫外光下不发磷光半导体,短波紫外光下发磷光Ⅰa
ⅠbIa型IaA型IaAB型IaB型
以A中心为主
同时有A中心、B中心、N3中心
以B中心、N3中心为主
(2Canary黄:
金黄色,孤氮中心(杂化轨道,使带隙由5.4ev2.2ev,吸收大量蓝、紫光,所以显金黄色
光谱:
503,637nm
(3Fancy系列:
深黄,棕黄色,由H3、H4(辐照损伤中心色心所致
光谱:
天然——H3:
503nm,H4:
415、477、496nm
人工——H3+H4,595nm
3.褐色:
塑性变形,碳原子位错或内部晶格变形
光谱:
495、503、512、537nm
4.粉红色、紫红色:
与褐色成因相似
光谱:
Ia——415、478、560nm
IIa——390、396、560nm
Argyle粉红——415、503、560nm
5.蓝色:
B原子所致,其外层为3个价电子,与C原子形成共价键时产生空穴,并被相邻的C原子的电子充填,电子吸收长波(红色,残余色呈蓝色
6.黑色:
大量暗色不透明包裹体:
微晶状,铁质矿物或分子级石墨。
7.绿色:
辐照损伤中心所致,天然钻石常为很薄的绿色表皮。
钻石颜色的成因
三、钻石人工致色
一、辐照处理+热处理
辐照处理使暗淡色彩的钻石变成较为鲜艳色彩的花色钻石
方法:
通过原子/亚原子、粒子轰击钻石来改变钻石的颜色,粒子通过转换C及其电子使钻石结构遭破坏,产生空位(色心,并从光中吸收能量。
这些能量的一部分以可见光
的形式发射出来
具体方法:
回旋加速器处理
(1过程:
亚原子粒子在回旋加速器中加速,使粒子带电,把钻石置于回旋加
速器的通道上。
亚原子粒子——质子、a-粒子,氘核
(2形成的颜色:
暗绿色,放射性几小时消失,表层显示暗色标志
注:
重新抛光会去掉表皮颜色
(3热处理:
稳定或改变颜色
(4热处理过程:
使钻石的空位活化,可与其他缺陷/杂质联结。
Eg:
一个N捕获一个空位,产生503nm,595nm吸收
(5处理证据
钻石表面上显出特征的暗色标记
A、若从亭部辐照,在台面可见一“张开的伞”环绕底面
B、若从冠部辐照:
环绕腰棱可见暗色的带
C、若从侧面辐照:
在腰棱上将会有一些标志
r射线处理:
⏹采用Co60产生r-ray进行辐照改色
⏹由于速度慢,目前几乎不用
⏹优点:
整体改色;蓝、蓝绿色
中子处理
(1过程
⏹在原子反应堆(核反应堆中,利用加速的中子来轰击钻石产生绿色-蓝绿色
-黑色
(2特点:
⏹不带电子、能穿透钻石,整体改色,永久性改色,放射性很快消失
⏹具有595nm吸收线
辐照的钻石(暗绿色黄色、橙色、褐色
500-900
电子处理:
(1过程及颜色
借助电场和磁场产生较高能量带电粒子束的装置,利用一种使电子持续的加速的设备来加速电子(范德格拉夫加速器/直线加速器,产生蓝色、蓝绿色;颜色深度:
1mm;无放射线带入
镭盐处理
⏹1904年首次进行
⏹缺点:
残余放射性不易褪
⏹颜色:
稳定的绿色,但仅限表面2mm,抛光可去除;通过加温,绿色会转变成黄色、橙色、褐色
6、辐照处理的钻石的鉴别特征
(1吸收光谱(用分光光度计测定
①绿色钻石:
绿色钻石具有吸收,由结构的辐射损伤产生,称
绝大多数天然绿色钻石为薄层,抛磨后不复存在。
②橙黄和褐色钻石:
用分光光度计在低温状态下(<-150ºC检测钻石的吸收光谱是鉴别辐照处理钻石的关键。
低温条件可用冷却的液氮获得。
辐照处理过的黄色、橙色或褐色钻石中,出现496nm、503nm、595nm吸收峰。
辐照处理的钻石经高温加热时595nm逐渐消失,同时产生1936nm、2024nm两条新的吸收线。
所以:
若
③蓝色钻石:
处理蓝色钻石有,为绝缘体
天然蓝色钻石无吸收峰,为半导体
④粉红、红紫色钻石
主要为Ib型钻石,特征吸收637nm,另可出现595nm、575nm和503nm,其中(拉曼光致发光光谱吸收线为人工处理的诊断线
天然粉红、红紫钻石:
特征谱线为503nm和415nm
(2颜色分布特征:
辐照处理的钻石在表面的面棱处常呈暗色标记。
如用回旋加速器处理的钻石,颜色仅在表层,并且颜色分布式样与辐照方向有关。
从亭部方向对圆明亮式琢型的钻石进行轰击后,从台面观察时,可见颜色围绕亭尖呈“伞状”分布,或称伞状效应。
当辐射是从冠部方向开始时,则环绕腰棱可见一深色环。
如果从侧面轰击钻石,侧面靠近辐射源一侧颜色加深。
(3)导电性:
天然Ⅱb型蓝色钻石呈半导电体,辐照处理的蓝色钻石不具有导电性。
(4)其他对于用镭处理的钻石,常显示强的残余放射性,可用盖革计数器检查出来,或者将这种被处理的钻石置于照相胶片上一段时间,感光后胶片上可出现模糊的钻石图像,该图像是因钻石中具有放射性所致。
二、高温高压处理(HPHT)较高的温度和压力下,改变晶体缺陷,从而改变钻石的颜色,也有部分缺陷解体,导致颜色改变(1GEPOL钻石1999年3月1日,POL美国公司宣称GE公司将褐色、灰色钻石改变成色级较高(D-E)的钻石。
同年5月由LKI的子公司POL在比利时销售。
后由GIA经过多次与该公司沟通,用激光在处理钻石的腰棱上打上"GEPOL"字样。
这类钻石利用高温高压将褐色钻石改变成色级较高的钻石,处理方法的细节尚属保密。
GE-POL钻石鉴定小结①雾状外观、略带灰色或褐色色调②愈合羽状体、内部纹理、解理③异常包裹体④异常消光⑤
(2)诺瓦钻石美国诺瓦钻石公司称:
褐色调的Ⅰa型钻石用高温高压处理将其改变成黄绿色钻石。
(检测较困难)。
经实验表明:
T:
(1400-2000℃)高于8.5Gpa(7-9GPa)稳定压力下时A心等N集合,P体,解体产生C心。
但A心吸收未减弱,可能有浓度少C心产生,当A心解体,C心扩散进入钻石格架中,或认为:
Ns(片晶)解体时由片晶释放出C心。
C心作为电子施主能级,将H3(503线)变为H2(986nm线)2心视为高温高压处理的独特标记。
,H检测特征①自然界罕见的黄绿色;LW(紫外-可见光谱中)紫外光下极强的绿色荧光(H3);②529nm荧光谱线,986nm的吸收谱线。
③A、B、C中心同时存在,红外测试1344cm-1处有小的C心吸收峰。
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