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1、淺談金剛石顏色純凈的金剛石晶體是無色、透明的，但是一般來講，金剛石晶體大都呈現(xiàn)這樣或那樣的色澤。那么，引起金剛冇晶體著色的原因是什么？或者說是與哪些因索有關(guān)？籠統(tǒng)地說，金剛右晶體的顏色變化與進(jìn)入其屮的雜質(zhì)種類及其含量，以及晶體生長(zhǎng)過程屮所形成的內(nèi)部缺陷有著密切關(guān)系。眾所周知，天然金剛石多呈淡黃色，人造金剛石在原材料二維接觸時(shí)合成的品體成淺綠色，含雜質(zhì)多吋呈灰綠色或黑灰色，而在三維接觸吋生成的晶體多呈黃色，雜質(zhì)多時(shí)呈深黃色或灰黑色。而我們經(jīng)常見到的金剛石多為紅色、黃色、綠色、灰黑色等，為什么其呈現(xiàn)此多種顏色以及天然金剛石多
2、呈淺黃色呢？對(duì)此，我將在本文做一簡(jiǎn)述，在分析此問題前大家應(yīng)先了解兒個(gè)概念：（1）色心：當(dāng)光波入射晶體中吋，可使電子發(fā)生遷移并與缺陷發(fā)生作用，吸收某些波長(zhǎng)的光波的能量而呈色。（2）位錯(cuò)：指在晶體屮的某些區(qū)域內(nèi)，一?列或數(shù)列質(zhì)點(diǎn)發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)亂排列現(xiàn)象。（3）可見光：人眼可感知的光的波長(zhǎng)范圍在380——780nm內(nèi)的光。（4）取代反應(yīng)：有機(jī)化合物中分子中，一種原子或原子團(tuán)被另外一種原子或原子團(tuán)収代的反應(yīng)。在了解一些概念之后，我們來看一下金剛石屮顏色產(chǎn)生的基本原因，天然金剛石屮多含氮雜質(zhì)，而人造金剛冇屮多含金屬雜質(zhì)，當(dāng)然也有金
3、屬氮或金屬碳的混合雜質(zhì)，正是由于這些雜質(zhì)的進(jìn)入與晶體本身的缺陷的相互作用（在光的照射卜J才使其呈現(xiàn)各種顏色。為什么天然與人造的金剛右中的雜質(zhì)不同，乂造成顏色不同呢？這就要從它們的成因、生長(zhǎng)過程及影響因素說起。人家知道氮是進(jìn)入金剛石（天然）中的主要雜質(zhì)，在空氣中氮占了78%,而天然金剛石的生成是在地殼內(nèi)部的高溫高壓下直接轉(zhuǎn)變而成，并不需要添加劑觸媒的參與,因此空氣屮的氮為主要雜質(zhì)，而其它雜質(zhì)是次要的，因?yàn)殡s質(zhì)的上要與次要都是相對(duì)的，同樣氮在金剛石屮的含量由于其他因索進(jìn)入的雜質(zhì)，一旦有某屮雜質(zhì)相對(duì)氮占優(yōu)勢(shì)的話將會(huì)排擠氮的存在
4、而占主要地位，則金剛石顯示的顏色將是主耍雜質(zhì)因索顯示的。為什么氮能進(jìn)入其屮而不是其它氣體元索呢？金剛石主要由碳原子組成，碳原子序數(shù)為6,而晶格屮的雜質(zhì)氮因原了序數(shù)是7,最外層有5個(gè)電子，比碳多1個(gè)。當(dāng)占據(jù)碳晶格位置時(shí)，其屮的4個(gè)電子被共價(jià)鍵所約束，而多余的1個(gè)電子受的約束較小，只需較小的能量就能脫離氮原子。當(dāng)該電子吸收可見光范圍內(nèi)的某波段光的能量時(shí)，即可擺脫氮原子而發(fā)生能帶躍遷，而使鉆石顯黃色調(diào)。I人I吸收的波長(zhǎng)有差異，而出現(xiàn)不同的屮心，使其顯示不同的顏色。人家知道在元索周期表中碳和氮是相鄰的，他們的原子半徑相差不大，在
5、高溫高壓條件下原子極宜發(fā)生電離而形成離子基或離子集團(tuán)而發(fā)生取代反應(yīng)，關(guān)于碳與氮的電子結(jié)構(gòu)以及他們?nèi)绾谓Y(jié)合詳看《工程化學(xué)》，下而先看看氮在金剛石屮的存在形式以及顯示的色澤：（1）孤氮形式：即雜質(zhì)氮以單個(gè)孤立的原子出現(xiàn)代替了一個(gè)碳原子位直，與其它四個(gè)碳原子相連,可見光范圍內(nèi)具有503nm、637nm吸收峰,紅外區(qū)有1130cm-1吸收，吸收可見光中的部分藍(lán)綠光和紅光，使鉆右呈現(xiàn)深淺不同的黃色。屬lb型鉆右。（2）雙原子氮形式（A集合體）：即雜質(zhì)氮以原子對(duì)的形式出現(xiàn)，代替兩個(gè)碳原子的位宜,為N2屮心缺陷，可見光范圍內(nèi)具有477
6、mn吸收，紅外區(qū)有1282cirri主吸收，1375cm-1次峰吸收，也使鉆石呈現(xiàn)黃色調(diào)，屬IaA型鉆石。（3）三原子氮形式（N3屮心）：即雜質(zhì)氮以三個(gè)原子集合體出現(xiàn)，代替三個(gè)碳原子的位置,并伴隨有空位出現(xiàn)。N3中心吸收藍(lán)-紫色光,以415.5nm為特征吸收,另外還有423nm>435nm>465nm>475nm吸收峰,這種選擇性吸收使鉆石呈黃色,紅外區(qū)無典型吸收。稱為Cape系列,屬IaB型鉆石□（4）集合體氮（B1屮心）：即由4~9個(gè)氮原子占據(jù)了碳原子位直，僅在紅外有1175cm-1吸收。（5）片晶氮（B2中心）：即
7、氮沿某一方面分布,代替碳原子位置,僅在紅外有1365cm-1吸收。131屮心，132屮心僅在紅外區(qū)有吸收，在可見光區(qū)無吸收，因此不影響鉆石的顏色。而氮為什么能使金剛右顯示黃色呢？據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn)犬然金剛石屮常發(fā)現(xiàn)N3屮心存在，可產(chǎn)生590nm的光的吸收，使金剛右呈現(xiàn)黃色，正是金剛石屮存在的色心的反映，對(duì)此我們應(yīng)該先了解一下可見光的各色光的大致波長(zhǎng)范囤：紅：770——622nm橙：622——597nm黃：597——577nm綠：577——492nm藍(lán)：492——455nm紫：455——390nm以上我們了解了天然金剛石屮關(guān)于
8、氮的致色，下面我們了解一下關(guān)于人造金剛石的致色。人家知道人造金剛石是在靜態(tài)高溫、高壓條件下，在金屬觸媒參與的條件下合成的，雖然在原材料制作以及密封上都用了稀有氣體以排除氮含量，但由于多種原因氮并不能完全排除，同時(shí)rh于金屈觸媒的參與，各種金屈以及金屈化合物雜質(zhì)在石墨向金剛石轉(zhuǎn)化成核及金剛右生長(zhǎng)過程中由于種種原因而進(jìn)入
