浅谈金刚石颜色.doc

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1、浅谈金刚石颜色纯净的金刚石晶体是无色、透明的，但是一般來讲，金刚石晶体大都呈现这样或那样的色泽。那么，引起金刚冇晶体着色的原因是什么？或者说是与哪些因索有关？笼统地说，金刚右晶体的颜色变化与进入其屮的杂质种类及其含量，以及晶体生长过程屮所形成的内部缺陷有着密切关系。众所周知，天然金刚石多呈淡黄色，人造金刚石在原材料二维接触时合成的品体成浅绿色，含杂质多吋呈灰绿色或黑灰色，而在三维接触吋生成的晶体多呈黄色，杂质多时呈深黄色或灰黑色。而我们经常见到的金刚石多为红色、黄色、绿色、灰黑色等，为什么其呈现此多种颜色以及天然金刚石多

2、呈浅黄色呢？对此，我将在本文做一简述，在分析此问题前大家应先了解儿个概念：（1）色心：当光波入射晶体中吋，可使电子发生迁移并与缺陷发生作用，吸收某些波长的光波的能量而呈色。（2）位错：指在晶体屮的某些区域内，一•列或数列质点发生有规律的错乱排列现象。（3）可见光：人眼可感知的光的波长范围在380——780nm内的光。（4）取代反应：有机化合物中分子中，一种原子或原子团被另外一种原子或原子团収代的反应。在了解一些概念之后，我们来看一下金刚石屮颜色产生的基本原因，天然金刚石屮多含氮杂质，而人造金刚冇屮多含金属杂质，当然也有金

3、属氮或金属碳的混合杂质，正是由于这些杂质的进入与晶体本身的缺陷的相互作用（在光的照射卜J才使其呈现各种颜色。为什么天然与人造的金刚右中的杂质不同，乂造成颜色不同呢？这就要从它们的成因、生长过程及影响因素说起。人家知道氮是进入金刚石（天然）中的主要杂质，在空气中氮占了78%,而天然金刚石的生成是在地壳内部的高温高压下直接转变而成，并不需要添加剂触媒的参与,因此空气屮的氮为主要杂质，而其它杂质是次要的，因为杂质的上要与次要都是相对的，同样氮在金刚石屮的含量由于其他因索进入的杂质，一旦有某屮杂质相对氮占优势的话将会排挤氮的存在

4、而占主要地位，则金刚石显示的颜色将是主耍杂质因索显示的。为什么氮能进入其屮而不是其它气体元索呢？金刚石主要由碳原子组成，碳原子序数为6,而晶格屮的杂质氮因原了序数是7,最外层有5个电子，比碳多1个。当占据碳晶格位置时，其屮的4个电子被共价键所约束，而多余的1个电子受的约束较小，只需较小的能量就能脱离氮原子。当该电子吸收可见光范围内的某波段光的能量时，即可摆脱氮原子而发生能带跃迁，而使钻石显黄色调。I人I吸收的波长有差异，而出现不同的屮心，使其显示不同的颜色。人家知道在元索周期表中碳和氮是相邻的，他们的原子半径相差不大，在

5、高温高压条件下原子极宜发生电离而形成离子基或离子集团而发生取代反应，关于碳与氮的电子结构以及他们如何结合详看《工程化学》，下而先看看氮在金刚石屮的存在形式以及显示的色泽：（1）孤氮形式：即杂质氮以单个孤立的原子出现代替了一个碳原子位直，与其它四个碳原子相连,可见光范围内具有503nm、637nm吸收峰,红外区有1130cm-1吸收，吸收可见光中的部分蓝绿光和红光，使钻右呈现深浅不同的黄色。属lb型钻右。（2）双原子氮形式（A集合体）：即杂质氮以原子对的形式出现，代替两个碳原子的位宜,为N2屮心缺陷，可见光范围内具有477

6、mn吸收，红外区有1282cirri主吸收，1375cm-1次峰吸收，也使钻石呈现黄色调，属IaA型钻石。（3）三原子氮形式（N3屮心）：即杂质氮以三个原子集合体出现，代替三个碳原子的位置,并伴随有空位出现。N3中心吸收蓝-紫色光,以415.5nm为特征吸收,另外还有423nm>435nm>465nm>475nm吸收峰,这种选择性吸收使钻石呈黄色,红外区无典型吸收。称为Cape系列,属IaB型钻石□（4）集合体氮（B1屮心）：即由4~9个氮原子占据了碳原子位直，仅在红外有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,仅在红外有1365cm-1吸收。131屮心，132屮心仅在红外区有吸收，在可见光区无吸收，因此不影响钻石的颜色。而氮为什么能使金刚右显示黄色呢？据前人研究发现犬然金刚石屮常发现N3屮心存在，可产生590nm的光的吸收，使金刚右呈现黄色，正是金刚石屮存在的色心的反映，对此我们应该先了解一下可见光的各色光的大致波长范囤：红：770——622nm橙：622——597nm黄：597——577nm绿：577——492nm蓝：492——455nm紫：455——390nm以上我们了解了天然金刚石屮关于

8、氮的致色，下面我们了解一下关于人造金刚石的致色。人家知道人造金刚石是在静态高温、高压条件下，在金属触媒参与的条件下合成的，虽然在原材料制作以及密封上都用了稀有气体以排除氮含量，但由于多种原因氮并不能完全排除，同时rh于金屈触媒的参与，各种金屈以及金屈化合物杂质在石墨向金刚石转化成核及金刚右生长过程中由于种种原因而进入