5_钻石的类型及颜色成因(精品)

第五章 钻石的类型与颜色成因,本 章 要 目,一、钻石的类型,二、钻石的颜色,三、钻石颜色的成因,第一节 钻石类型的划分,钻石的化学成份是碳，在没有结构缺陷影响颜色的前提下,钻石是无色的。,这种情况在自然界是极为罕见的。,单原子,N,一个氮原子占据,碳原子四面体的中间位置,孤氮原子结构图,1,、孤氮,一、钻石中氮的存在形式,依红外,光谱确定氮的存在或类型,双叫,A,集合体或,N2,两个相邻的碳原子被氮所替代,双原子氮原子结构图,2,、双原子氮,A,集合体会导致红外光谱区,1282cm-1,的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜色无影响。,N3,中心或,N3,色心,即,3,个氮原子环绕,1,个空穴。,N3,中心原子结构图,N3,中心能吸收从蓝色到紫外末端的光谱，是产生黄色的主要原因，,N3,中心越多、钻石就越黄。,3,、,N3,中心,在可见光蓝到紫区的,415nm,处有明显吸收（叫,N3,吸收），,由,4-9,个氮原子占据,C-C,位置或许多氮原子沿一定,方向聚结成几个原子厚的薄层，即片晶氮，称为,B,集合体。,4,、集合体氮,B,集合体会导致红外光谱区,1185cm-1,的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜色无影响。,大多数含,B,集合体的钻石同时也含,3,氮原子集合体,二、钻石类型的划分,利用红外光的吸收及紫外光的透过能力的差异，来确定钻石的类型,采用的仪器为傅立叶变换红外光谱仪和紫外,可见光分光光度计,实质是内部杂质元素类型和存在形式的差异,根据钻石中是否明显存在氮，将钻石分为两种类型,将含氮的钻石称为,I,型钻石，并依据存在形式进一步分为,Ia,和,Ib,型，将不含数量明显氮的钻石称为,II,型钻石，并依据,含硼情况，分为不含硼的,IIa,型和含硼的,IIb,型,Ia,型钻石中含,A,集合体、,N,3,中心、,B,集合体，主要杂质氮的含量可达,0.2%,。大部分钻石属于这一类型。能透过,400,300nm,的紫外光显示与,N,相关的吸收带。,1,、,Ia,型钻石,（一）,I,型钻石,2,、,Ib,型,以孤氮形式出现,为黄、黄绿或褐色,也称,Canary,黄。,503,、,637nm,存在吸收光谱，在,1130cm-1,有红外吸收峰。,（二）,II,型钻石,可透过低于,220nm,的紫外光,红区无明显吸收带,将不含,硼的称为,IIa,型,含硼的称为,IIb,a,型钻石几近纯净，含可忽略不计的氮。是极佳的热导体。,不含任何空穴或晶格变形的,a,型钻石是无色的。,不导电，具有最高导热性，在电子工业中常作为散热,片，自然界罕见，不到天然钻石总量的,1%,。,1.,a,型,2.,b,型,b,型钻石含作为主要杂,质的硼元素。,硼以孤立原子形式随机取代,钻石晶体结构中的碳原子。,每个硼原子比碳原子少,1,个,电子，这一缺陷导致光谱红,端的吸收，使,b,型钻石呈,蓝色。,b,型钻石为半导体,1986,年开始，合成钻石中加入硼并排除,N,，,合成出了,b,型钻石。,b,型钻石不同于其他类型的钻石，它显示半导电性。电阻随升温而迅速降低，对温度变化很敏感,作热敏电阻来测量温度的变化。,b,型钻石在自然界极少见。霍普钻是最著名的,b,型钻石。,b,型钻石在长波紫外光下呈惰性，但在短波紫外光下会发红色荧光。,不显示与氮相关的吸收缝，,400-200nm,紫外光透过,导电性,显示与氮有关的吸收，,400-300nm,紫外光透过,A,集合体,、,B,集合体,A+B,集合体、,N,3,中心,绝缘体,绝缘体,半导体,I,型,II,型,Ia,Ib,无色,浅黄色,98%,好,（,1000-2000W/m,0,C,）,绝缘体,孤氮,黄、黄绿、褐色,极少见,好,类型,IIb,IIa,吸收峰,氮的存,在形式,颜色,丰度,导热性,基本不含氮，,不含硼,无色（褐色）,含硼,0.5,10,-6,蓝,-,灰色,极少见,好,（,1600W/m,0,C,）,极少见,最好,（,2600W/m,0,C,）,不同类型钻石的物理性质和颜色特点,无色到带有不同浓度黄色调的浅黄色钻石，称为开普系列或好望角系列。,无色到具有明显黄色、褐色调的钻石,第二节 钻石的颜色及其成因,一、颜色类型的划分,1,、无色,浅黄色系列,开普系列钻石不论从原石还是成品供应量上都是居第一位。,在这个系列中，从,D,色到,M-Z,色级，黄色调逐渐增强，其商业价值逐渐降低。但当黄色的饱和度超过,Z,色级时，钻石已不再属于开普系列，而是进入彩色钻石系列，叫彩黄钻石，其商业价值很大。,是自然界另一类,较常见的钻石，商,业上俗称咖啡钻。,黄色、绿色和褐色钻,2,、淡褐,-,褐绿系列（咖啡系列）,极淡的褐色到褐,色、褐绿色。,各种颜色的钻石,颜色达到一定饱和度，,具有清晰、特征色调,的钻石称为彩色钻石，,3,、彩色系列,包括黄色、黄绿色、,粉红色、紫红色和,蓝色，红色最罕见。,彩钻因其极为瑰丽、稀少而身价百倍。,黄色或褐色钻石，其颜色必须达到足够深度，例如在,GIA,分级体系中必须深于,Z,比色石，才能称为,“,彩钻,”,。至于其他颜色的钻石，虽颜色较浅或颜色饱和度较低，仍可称为,“,彩钻,”,。,在彩钻中，红色和绿色是最罕见的，其次是红紫色、紫色、橙色、蓝色、粉红色和黑色，而黄色和褐色较常见。,饱和度,Fancy Light Fancy Fancy Intense Fancy Vivid,色,（浅彩）,（彩）,（浓彩）,（强彩）,Fancy Dark,（暗彩）,调,Fancy,Deep,（深彩）,对于较少见的颜色，如蓝色和粉红色等，其与近无色钻石,M-Z,色级相当的部分可描述为,faint(,轻微,),、,very light(,很浅,),和,light(,浅,),，也就是说，这些彩钻可分级和描述为：,Faint Very light Light Fancy Light Fancy etc.,(,微弱,)(,很浅,)(,浅,)(,浅彩,)(,彩,)(,等等,),各 种 颜 色 的 钻 石,紫色钻,棕色钻,金黄钻,橙色钻,粉红钻,绿钻,蓝钻,二、颜色的成因,辐射致色,矿物包裹体致色,塑性变形致色,杂质元素致色,1,、杂质元素致色,1),黄色,(Cape),系列,a,型钻石，含,N2,、,N3,、,B,集合体，随,N2,、,N3,中心的富集，黄色加深,影响钻石颜色的杂质元素：氮（,N,）、硼（,B,）、氢（,H,），以氮（,N,）最为常见，也最为重要。,蓝区见到,415、423、435、465和478,nm,处的吸收,其中415,nm,为吸收,强峰。,黄色系列钻石在光谱蓝区末端的吸收,孤氮中心，,503,、,637nm,吸收,H3,、,H 4,辐照损伤中心色心所致,天然：,H3 503nm,、,H 4 415,、,477,、,496nm,吸收,人工：,H3,、,H 4 595nm,吸收,2)Canary,黄,(,金黄色,),3)Fancy,系列,(,深黄、棕黄色,),尤 金 兰 钻 石,蓝色 重,31,克拉 现存于华盛顿史密桑尼博物馆,天然蓝色钻石,B,致色,B,电子吸收红色波长,残色为蓝色。,4),蓝色钻石,塑性变形是在高温高压的环境下，使钻石的结构发生错位，使之吸收某些波长而产生颜色,有褐色、粉红色。,2,、塑性变形致色,褐 色 钻 石,这一情况发生在地下。,褐色钻石是由子碳原子错位或内部晶格变形所致,褐色钻石可见,503nm,强吸收线、,537,、,512,、,494-495nm,弱吸收线。,褐 色 钻 石 光 谱 图,1),褐色钻石,从粉红,-,红紫,-,褐色的连续,变化,伴有塑性变形过程,粉红色钻石,Ia,：,415,、,478,、,563nm,吸收,IIa,：,390,、,396,、,563,nm,吸收,Argyle,粉红色钻石,:,415,、,503,、,563nm,吸收,2),粉红和红紫色钻石,上述以,563nm,宽吸收带为特征,人工处理粉红色钻石,637,吸收线,塑性变形导致的一些褐色和粉色的钻石中可见到纹理现象。,高能粒子束轰击钻石时,将碳原子轰击出钻石的晶体结构，产生结构缺陷，称色心,吸收某些可见光而呈现颜色。,天然辐射损伤致色的钻石有,741nm,吸收（,GR1,吸收）、许多绿色钻石由,-,粒子辐射引起。,3,、辐照产生的空穴致色,整体呈绿色的钻石很少，德累斯顿是最有名的绿钻石,重,41,克拉，梨形切工。,钻石的体色是由于天然辐射造成结构损伤而致色。,德累斯顿绿钻,故天然辐照产生的大都是具绿皮的钻石，一旦切磨和抛光，该绿色薄层就没有了。,因高能粒子是撞击碳原子，故很少能穿到钻石晶 体的深处，通常只是表面以下,0.002mm(2,微米,),。,一般是由无数的暗色不透明包裹体引起。当用透射光检测时都显示深灰色。,黑色钻石在自然界中极为罕见。,4,、包裹体致色,请 你 回 答,钻石中的杂质氮以什么样的形式存在于,钻石中。,描述钻石中氮和硼对钻石物理性质的影响。,用什么性质将钻石划分为,IaA,、,IaB,、,IIa,和,IIb,型，详述之间差别。,详述钻石颜色的成因。,说明下列钻石黄色（开普顿黄色）、,鲜黄色、蓝色、绿色带皮、粉红色。,在低温下用分光镜测定在,(a),具,415nm (b)496,、,503,和,595nm (c)637nm (d)741,吸收带，解释,这些吸收线是由于什么引起，预期每个钻石的,颜色。,钻石的蓝白色荧光与什么吸收有关。,请 你 回 答,