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1、寶石光學(xué)性質(zhì)第一節(jié)寶石的光學(xué)性質(zhì)一、寶石的顏色二、寶石的光澤和透明度三、寶石的折射率和色散四、寶石的多色性五、寶石的發(fā)光性六、寶石的特殊光學(xué)效應(yīng)一、寶石的顏色研究意義：寶石顏色是評(píng)價(jià)寶石質(zhì)量和價(jià)值的重要依據(jù)；不少寶石的特有顏色可以作為其重要鑒定特征；了解寶石顏色的致色原因，對(duì)寶石的合成、改色、鑒別等工作都一定的指導(dǎo)意義。顏色表示方法：波長（λ）單位：納米（nm）能量（E）單位：電子伏（ev）E(ev)×λ(nm)≈1240400nm紫光相當(dāng)于3.10ev;700nm紅光相當(dāng)于1.77ev即可見光
2、的能量范圍大致為1.77~3.10ev。波長越短，能量越大。700nm400nm寶石的顏色是寶石對(duì)不同波長的可見光選擇性吸收的結(jié)果。當(dāng)可見光（白光）照射寶石時(shí)：如果寶石選擇吸收了某些波長的色光，則寶石呈透射或反射色光的混合色，相當(dāng)于被吸收色光的補(bǔ)色或補(bǔ)色的混合色；如果寶石普遍均勻的吸收所有色光，則寶石隨吸收程度不同而呈黑、灰或白色；如果所有的色光都有通過寶石，則寶石呈無色透明。寶石的顏色白光2、寶石顏色的致色機(jī)理五種機(jī)理：過渡金屬離子的內(nèi)部電子躍遷致色離子間的電荷轉(zhuǎn)移致色色心致色能帶間的電子躍遷
3、致色物理光學(xué)致色（1）過渡金屬離子的內(nèi)部電子躍遷致色當(dāng)寶石組分中含有：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等，都是寶石產(chǎn)生顏色的物質(zhì)基礎(chǔ)，稱為“色素離子”。這類離子存在d軌道上未成對(duì)的單電子，受到周圍配位體陰離子電子云影響，d軌道的能級(jí)會(huì)發(fā)生分裂，所產(chǎn)生的能量差值可能與某種波長的可見光能量相當(dāng)。當(dāng)白光入射寶石晶格，d電子受到相同能量光波激發(fā)，從基態(tài)（低能軌道）躍遷到激發(fā)態(tài)（高能軌道），這部分光波的能量轉(zhuǎn)移給被子激發(fā)電子，即吸收，其余光波透射或反射出寶石，混合呈色。吸收光能釋放光能放熱吸收
4、ACD紅寶石的呈色機(jī)理成分：Al2O3含Cr2O3Cr3+→Al3+有3個(gè)d電子基態(tài)e激發(fā)態(tài)吸收紫光、綠-黃光通過紅光、藍(lán)光（少量）呈紅色、紫紅色（2）離子間電荷轉(zhuǎn)移致色在晶體結(jié)構(gòu)中，相鄰離子間在外來能量（光能）作用下，可使電子從一個(gè)原子的軌道躍遷到另一個(gè)原子軌道上去，即離子間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。離子間電荷轉(zhuǎn)移分三類型：非金屬離子——金屬離子金屬離子——金屬離子非金屬離子——金屬離子e藍(lán)寶石的致色原因藍(lán)寶石成分：Al2O3含F(xiàn)e2+、Ti4+等雜質(zhì)。Fe2+——Ti4+電荷轉(zhuǎn)移吸收紅、黃光，呈藍(lán)色。（
5、3）色心致色色心：可以吸收光波的晶體結(jié)構(gòu)缺陷。主要有兩種：缺失原子（缺位）——受放射性幅照捕獲1個(gè)電子形成電子色心；額外原子（填隙原子）——受放射性幅照激發(fā)1個(gè)電子形成空穴色心。兩者結(jié)果都造成有不成對(duì)的電子而發(fā)生能級(jí)分裂，吸收光波產(chǎn)生顏色。例：紫色螢石的致色原因螢石成分：CaF2由于Ca2+含量過高和受放射性幅照影響，造成F–缺位而為電子占據(jù)——電子色心。該色心吸收黃綠光波，使螢石呈紫色。F-F-F-F-F-F-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+F-e-F-F-F-F-Ca2+Ca2+Ca2+Ca
6、2+例：煙晶的致色原因成分：SiO2Si4+←Al3+﹢H+(Na+)受幅照后，Al3+鄰近的Oˉ的1個(gè)價(jià)電子被激發(fā)離開其軌道，出現(xiàn)未配對(duì)電子——空穴色心。產(chǎn)生極強(qiáng)的紫外——可見光范圍的吸收，呈煙灰色。O2-O2-O2-O2-O2-O2-Si4+Si4+Si4+Si4+O2-O1-O2-O2-O2-O2-Si4+Al3+Si4+Si4+H輻照PPPPSSSS（4）能帶間的電子躍遷致色能帶理論認(rèn)為：晶體中的電子不束縛于個(gè)別原子，而是在整個(gè)晶體中作周期性共有化運(yùn)動(dòng)。即晶體中的每個(gè)電子都是在周期性排列
7、的原子和其它所有電子產(chǎn)生的勢(shì)場中運(yùn)動(dòng)。滿帶（價(jià)帶）-充滿面電子導(dǎo)帶——未充填滿電子禁帶寬度-兩能帶間能量差ev禁帶滿帶——已充滿電子Eg能量原了軌道原了能級(jí)能帶在晶體中，各個(gè)原子的相似軌道能級(jí)發(fā)生相互重疊而構(gòu)成各個(gè)能量范圍不同的能帶，電子按能級(jí)高低分別處在各能帶中。處在價(jià)帶頂部的電子當(dāng)受到大于Eg的外來能量（可見光）激發(fā)，可以躍遷到導(dǎo)帶上去。吸收可見光能量而使晶體產(chǎn)生顏色。能帶理論所解釋的寶石顏色致色原因顏色礦物實(shí)例禁帶寬度Eg低于可見光能量紫-藍(lán)色黃色紅色白色銅藍(lán)金、黃鐵礦銅銀、鉑禁帶寬度Eg
8、在可見光能量范圍內(nèi)紅色赤銅礦、辰砂禁帶寬度Eg大于可見光能量純凈無色金剛石、剛玉、綠柱石石英、黃玉、螢石由微量組分引起的顏色藍(lán)色黃色Ⅱb型金剛石（含硼）Ⅰa型金剛石（含氮）（5）物理光學(xué)致色指由于寶石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂隙、包裹體等到因素，對(duì)光發(fā)生物理光學(xué)作用而使寶石呈色。這些作用主要有：1）干涉作用致色2）衍射作用致色3）散射作用致色4）有色包體致色1）干涉作用致色干涉：當(dāng)兩條光線相遇而疊加沿同一路線傳播時(shí)，由于彼此的位相原因造成光波相互增強(qiáng)或抵消的一種光學(xué)現(xiàn)象，其效果是產(chǎn)生非純正光譜色。常見
