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钻石的种类

admin 人造钻石 2020年11月23日

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  钻石晶体在生成过程中总会或多或少搀杂其他元素,甚至e68a237在钻石晶体中还会搀杂地幔矿物,这些地幔矿物均以包裹体的形式存在,例如石榴子石(Garnet)和橄榄石(Olivine)等。在钻石晶体中最常见的搀杂元素是氮,极少数钻石晶体中搀杂有硼。氮和硼元素与碳元素的化学性质最为近似,在钻石晶体生长过程中可替代碳元素。搀杂氮元素者呈现黄色;搀杂硼元素者呈现蓝色,并且使得钻石成为电的半导体。根据钻石晶体中是否含氮元素,钻石可分为两种类型:Ⅰ型钻石,含氮;Ⅱ型钻石,不含氮。钻石中是否含氮可以由红外光谱来确定:两种钻石在红外波长范围具有特征吸收峰,Ⅰ型钻石在1400~1000 cm-1范围具有氮的吸收峰,Ⅱ型钻石因为不含氮而不具有氮的吸收峰。

  当钻石刚生成时,晶体内的氮元素是以单原子的离散状态存在。在漫长地质年代的高温高压作用下,钻石晶体内的单个氮原子逐渐聚合在一起形成氮原子的聚合体。氮原子的聚合体可能是2个、3个或4个氮原子的聚合体,也可能更多。具有氮原子聚合体的钻石属于Ⅰa型钻石。Ⅰa型钻石占天然钻石的绝大部分,约占98%。Ⅰa型钻石的颜色与含氮量有关,含氮量极低时,钻石为无色,含氮量越高黄色的饱和度越高。图1-6所示为一颗亮圆形切工的彩黄色钻石和一颗天然黄色钻石晶体。

  Ⅰa型钻石中存在诸多种类的氮聚合体,对钻石颜色产生贡献的是由3个氮原子组成的聚合体,其余氮聚合体在可见光范围不产生吸收,对钻石的颜色没有贡献。3个氮原子组成的聚合体是一个颜色中心(简称色心),记作N3色心,是钻石中最重要的色心。

  Ⅰa型钻石晶体中的2个氮原子聚合体被称为A 聚合体,4个氮原子聚合体为B聚合体。Ⅰa型钻石晶体中的A 聚合体和B聚合体的比例不尽相同。根据A 聚合体和B聚合体的比例,Ⅰa型钻石又可细分为几个次类型:①当Ⅰa型钻石中只有A 聚合体时,为ⅠaA型;②当只有B聚合体时,为ⅠaB型;③当Ⅰa型钻石中同时具有A 聚合体和B聚合体并且比例相近时,为ⅠaA B型;①当Ⅰa型钻石的A 聚合体多于B聚合体时,为ⅠaA B型;⑤当A 聚合体远远多于B聚合体时,为ⅠaA>>B型;⑥当Ⅰa型钻石的A 聚合体少于B聚合体时,为ⅠaA B型;⑦当A 聚合体远远少于B 聚合体时,为ⅠaA<<B型。Ⅰa型钻石的次类型可以由A 聚合体和B聚合体的红外吸收峰强度加以确定。

  Ⅰb型钻石所含的氮元素以单原子的状态随机分布在钻石的晶体中,这些单个氮原子被称为离散氮原子。Ⅰb型钻石的含氮量很低,氮原子在钻石晶体之间的距离较大,即使在很长地质年代的高温高压作用下也不能聚合在一起。Ⅰb型天然钻石极少,只占天然钻石的0.1%。未经高温高压处理的合成钻石几乎都属Ⅰb型。Ⅰb型钻石的颜色也与含氮量有关,含氮量越高黄色的饱和度越高。当Ⅰa型钻石和Ⅰb型钻石的含氮量相同时,Ⅰa型钻石的颜色饱和度要远小于Ⅰb型的饱和度。

  Ⅱ型钻石不含氮元素,或含有可忽略不计的氮,但可能含硼元素,又分为Ⅱa型和Ⅱb型。

  Ⅱa型钻石的氮元素含量小于10×10-6,不含有硼元素。Ⅱa型钻石约占天然钻石总量的2%。若Ⅱa型钻石没有任何晶体缺陷,则颜色为无色。许多Ⅱa型钻石呈现粉红色、红紫色和棕色,主要是由于晶体缺陷塑性变形所造成的。Ⅱa型棕色钻石经高温高压处理后可变成无色钻石或较浅的棕色及其他颜色。

  北极光钻石集第7号,0.27ct; Ⅱb型钻石的蓝色是由搀杂硼元素造成的

  Ⅱb型钻石含有微量的硼元素,呈现蓝色,如图17所示。Ⅱb型天然钻石十分罕见,价格相当昂贵。因硼原子外层有3个电子,在钻石晶体内产生1个电子空穴。这一电子空穴在钻石的能级中生成1个受子能带,可以吸收长波可见光,也可使 Ⅱb型钻石变成半导体。

  钻石的简单分类如表1—l所列。Ⅰa型钻石大约占全部天然钻石的98%,颜色为无色到黄色。Ⅰb型钻石只占全部天然钻石的0.1%,颜色为无色到黄色。Ⅱa型钻石占全部天然钻石的2%,颜色为无色。Ⅱb型钻石只含硼不含氮,极为稀少,颜色为蓝色。

  不同类型的钻石具有不同的红外吸收光谱,图1-8所示为典型的不同类型的钻石红外吸收光谱。Ⅰa型与Ⅰb型钻石红外吸收光谱的主要在1400~1000cm-1的波数区间有所区别:Ⅰa型钻石在1282cm-1处11有一A 聚合体的吸收峰,在1175cm-1处有一个B聚合体的吸收峰;Ⅰb型钻石在1344和1130cm-1处具有两个离散氮原子的吸收峰。Ⅱa型钻石在1400~1000cm-1的区间没有吸收峰。Ⅱb型钻石特征吸收峰位于2930,2800,2455和1300cm-1处。实际的钻石红外吸收光谱可能比图1—8所示的典型的钻石分类光谱要复杂得多,主要是由于钻石的类型可能有混合,另外,其他各种钻石晶体缺陷也可能产生红外吸收。

  由于不同形式的氮可以同时存在于钻石之中,氮和硼也可能同时存在,钻石的类型也可以混合。当钻石中同时具有聚合氮和离散氮时,其类型为混合型Ⅰa+Ib。如果钻石中同时含有离散氮原子和硼原子,其类型应为Ib和Ⅱb的混合型Ib+Ⅱb,人工合成绿蓝色钻石常有这种混合类型。

  由于含搀杂元素的种类和浓度的不同,不同类型的钻石对紫外和可见光的吸收也不同。Ⅰ型钻石在紫外波长范围的截止波长为330nm,Ⅱ型钻石的紫外截止波长为220nm。Ⅰ型钻石紫外截止波长较长的原因是由氮元素造成的,硼元素并不改变紫外截止波长的位置。另外,钻石搀杂氮的浓度对截止波长没有影响。


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