钻石——颜色成因.doc

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Na、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 ，1130cm1吸收光谱线c、归类：Ib注：天然的b 型钻石很少，仅占型钻石总数的0.1% 左右但是合成钻石，如不经特殊处理，都属于b 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：1282cm1，1365 cm1，1175 cm1可见光蓝光区：478nmc、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：415nmc、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：1370cm12.钻石的分类n N、B能够影响钻石的颜色和性质n 最有效的研究方法：红外吸收光谱n 按用途可分为工业钻石和宝石级钻石两大类。n 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。型:（不含N）型（含N）abN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 abIa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P2325）n 杂质呈色n 塑性变形n 天然辐射损伤中心n 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： （1）Cape系列：N2、N3、B中心 光谱：415，423，435，465，478nm （2）Canary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 （3）Fancy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H3H4，595nm3. 褐色：塑性变形，碳原子位错或内部晶格变形 光谱：495、503、512、537nm4. 粉红色、紫红色：与褐色成因相似 光谱：Ia 415、478、560nm IIa390、396、560nm Argyle粉红415、503、560nm5. 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 。钻石颜色的成因钻石颜色颜色成因鉴别特征（与处理的对比）蓝色B替代晶格中C的位置，产生空穴天然：IIb型，颜色较浅，半导体，有磷光；辐照处理：Ia型，颜色深，绝缘体，绿色受辐照作用，晶格位置上的C缺失，形成空穴天然：颜色较浅，不均匀，裂隙处较浓，非常稀有。辐照处理：颜色较深，较均匀，有伞状结构，429, 470, 503, 595, 637, 741等吸收峰。 黄色N替代晶格中C的位置，产生孤氮中心，或H3、H4色心天然：Ib型（NV色心导致），蓝光区吸收；辐照处理：Ia型，741、595、2024，1936nm吸收峰；HPHT处理有绿色调，很强的黄绿色荧光，细小裂隙、石墨化、条纹状异常消光褐色塑性变形：碳原子位错或内部晶格变形天然：503强吸收峰辐照：595、1936、2024nm吸收峰粉红紫红塑性变形，导致晶体结构缺陷天然：塑性变形，560吸收带辐照处理：Ib型钻石，以637nm的拉曼光致发光光谱为特征吸收三、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：稳定或改变颜色已 辐照的钻石（暗绿色）黄色、橙色、褐色500900C（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：n 采用Co60产生rray进行辐照改色n 由于速度慢，目前几乎不用n 优点：整体改色；蓝、蓝绿色中子处理（1）过程n 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：n 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n 具有595nm吸收线绿色黑色500900CIa：黄色、橙色，有时为粉红、黄色热处理Ib：粉红紫红色IIa：褐色热处理电子处理：（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n 1904年首次进行n 缺点：残余放射性不易褪n 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） 绿色钻石： 绿色钻石具有 741nm吸收，由结构的辐射损伤产生，称GRI线。 绝大多数天然绿色钻石为薄层，抛磨后不复存在。 橙黄和褐色钻石： 用分光光度计在低温状态下（-150C）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595nm、1936nm、2024nm中出现任意一条，则可作为处理证据 蓝色钻石： 处理蓝色钻石有741nm吸收（典型吸收线），为绝缘体 天然蓝色钻石无吸收峰，为半导体 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637nm（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563nm，伴有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b 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(1) GE POL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GE POL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 雾状外观、略带灰色或褐色色调 愈合羽状体、内部纹理、解理 异常包裹体 异常消光（2）诺瓦钻石美国诺瓦钻石公司称：褐色调的a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 ），P高于8.5Gpa（7-9GPa）稳定压力下时A心等N集合体，解体产生C心。但A心吸收未减弱，可