钻石辐照色心钻石辐照处理

辐射改色处理

许多天然彩色钻石的颜色是由于在自然环境下受到辐射而产生色心所致。最常见的天然辐射色心是绿色天然钻石的GR1色心。根据天然辐射的致色机理，对钻石进行人工辐射也可以产生同样的GR1色心。绝大多数的人工处理绿色钻石经过了辐射处理。

在自然环境下，钻石的辐射色心主要是由钻石与放射性物质直接接触，由放射性物质所释放的高能射线造成钻石的晶格损伤所致。放射性物质在衰变过程中辐射出α、β和γ三种射线。α射线由质子和中子组成，带有正电荷；β射线为电子，带有负电；γ射线是高能电磁波，不带电。在自然界造成钻石辐射损伤的主要是α粒子。由于a射线由质子和中子组成，质量很大，只能穿透钻石的表面浅层，厚仅几微米，很容易被抛光去除。a粒子造成的钻石晶格损伤不仅能产生空穴，而且可产生较大范围的晶格破坏，遭破坏的钻石表面在显微镜下呈现棕色，而不是绿色。在切磨时，由α粒子产生的表面色心和晶格损伤多数会被去除，使饱和度降低。显微镜下有时在切磨钻石的腰围处会观察到未经去除的棕色表面，一般这是天然颜色的佐证。不过人工辐射也会在钻石表面产生棕色辐射损伤区域，因此，该区域不能作为天然颜色的结论性证据。

在人工环境下，将切磨的钻石放入放射性物质中，经一段时间即可产生GR1色心，从而改变钻石的颜色。常用的放射性物质有铀、钸和钴等的盐类化合物。当钻石与放射性物质直接接触而产生GR1色心时，造成钻石晶格损伤的也主要是a粒子，一般需要几个月甚至更长的时间，除此，a粒子还可以使钻石带有放射性，需要50年以上的时间才能蜕变到安全范围，因而a粒子辐射处理不适合于商业用途的钻石改色处理。

天然辐射的β射线强度较低，远远小于α射线，对钻石的损伤也很小。天然γ射线具有很高的能量，并不带有电荷，可以贯穿钻石，在钻石内部产生空穴。在天然环境，当辐射源与钻石没有直接接触时，γ射线是产生空穴的主要原因，甚至是唯一原因。经长时间的辐射，γ射线可以在钻石内产生较均匀分布的空穴。由GR1色心产生的、具有均匀颜色分布的天然绿色钻石之颜色应该主要是由天然γ射线造成的辐射损伤空穴而产生。

无论是天然γ辐射还是人工γ辐射都可以贯穿整个钻石，同时产生GR1色心。由γ辐射产生的GR1色心不仅处于钻石的浅层，而且基本均匀地分布在钻石内部。虽然γ辐射的能量很高，但与晶格中的碳原子发生作用的概率并不高，因而形成GR1色心的速度很慢，一般需要几个月甚至更长。由γ辐射产生的颜色饱和度一般较低，颜色均匀分布，不会因切除钻石原石表面而消失。

原子反应堆内发生核裂变时产生大量的快中子，钻石晶格在快中子的轰击下可以产生晶格损伤。将钻石放入原子反应堆内一段时间即可产生GR1色心，从而改变钻石的颜色。快中子能量高并不带有电荷，可以穿过整个钻石，在整个钻石产生均匀颜色。中子的质量很大，与碳原子碰撞时不仅可以产生空穴，还可能将局部晶格破坏，结果就是对光产生无选择性吸收，如同炭黑对光的吸收一样，但吸收率很低，因为局部破坏的范围有限而且遭到破坏的晶格的相对密度也很低。

利用加速器所产生的高能粒子轰击钻石可以产生晶体空穴来改变钻石的颜色，例如使用高能电子、中子和a粒子等。在高能粒子轰击下可以产生很强的GRl色心，再经热处理可以得到多种其他种类的色心，从而获得许多颜色。电子加速器容易建造，最早用于钻石改色处理。用于钻石改色处理的电子加速器的能量一般为2MeV，可以产生很强的GR1色心。由于电子的体积小，高能电子的穿透能力强，2MeV的高能电子可以贯穿大约2mm厚的钻石晶体。为提高改色的效率并不易被察觉，通常高能电子被聚焦在很小的面积上，刻面钻石经高能电子处理的部位往往仅限于亭尖部。

近几十年来，越来越多地利用加速器产生的高能中子束轰击钻石来改变颜色。大型中子加速器所提供的中子源可以用来对钻石进行轰击处理实验，例如使用最现代的加速器提供的散裂变中子源（Spallation Neutron Source）对钻石进行改色处理实验。由于费用昂贵，大型中子加速器的钻石改色处理仅限于实验，不能作为商业钻石改色用途。小型中子加速器（Compact Accelerator Neutron Generator）的安装和使用费用较低，中子束的能量和强度足以进行钻石的改色处理，一般公司可以购买和安装，近一二十年来，在钻石改色方面得到较多的使用。中子不带电荷，质量是电子质量的1800多倍，高能中子束对钻石晶格的破坏远远大于高能电子对钻石晶格的破坏。高能中子束不仅可以在钻石晶格产生大量空穴，还可以造成大范围的晶格破坏。近些年来，经改色处理的黑色钻石的颜色都是由高强度中子轰击所产生的。

小剂量中子轰击即可在钻石晶体产生较高浓度的空穴，因而小型中子加速器愈来愈多地受到青睐。现在已很少使用电子加速器产生的高能电子束对钻石进行改色处理。高能中子束和高能电子束都是造成晶格空穴而产生GR1色心，它们的主要不同之处在于高能中子束对钻石晶体的破坏性极强，既可以产生晶格空穴，又可以在较大范围破坏晶格结构，从而产生相对很强的无选择性吸收。高能中子处理彩色钻石时辐射剂量的控制非常关键：过高可能会产生不需要的无选择性吸收，过低又不能产生足够的空穴浓度以获得较高的饱和度。

钻石辐射处理的效率与温度有关，钻石的温度越高，辐射处理的效率越高。高温下钻石晶体的原子热振动加剧，在高能粒子束的轰击下较易产生空穴。人工辐射处理时，钻石一般处于高温下，常用温度为500～800℃；用高能中子束轰击处理黑色钻石时，高温可能超过1000℃。

切磨钻石的抛光表的辐射损伤是人工辐射处理的直接证据，亭尖部高饱和度的颜色区域也是人工辐射处理的佐证，鉴定彩色钻石时应加以注意。

辐射后热处理改色处理

对钻石辐射后再进行热处理是最常用的改色处理方法，广泛应用于天然和合成钻石的改色处理。钻石经辐射或高能粒子轰击处理后，再经热处理会产生新的色心，主要为H色心或N—V色。

当Ⅰa型钻石经辐射处理后再经热处理会产生H 3和H 4等色心，典型的热处理温度为800℃。如前所述，Ⅰa型钻石中的A 氮聚合体与辐射产生的空穴结合生成H 3色心，B 氮聚合体与空穴结合生成H4色心。一般情况下H3色心的吸收强度大于或远大于H4色心的强度。H3色心的吸收峰位于503.2nm,H4色心的吸收峰位于496.0nm，这两个色心的吸收带扩展到可见光的短波范围，与N3色心结合产生饱和度较高的。当H3、H4和N3色心都很强时，短于503.2nm的可见光大量被吸收，并向长波范围延伸，钻石的颜色可能是橙调，甚至是橙色调。如图2-11所示，经辐射和热处理的钻石呈棕橙色，颜色主要由很强的N3、H3色心以及H4色心造成。

无荧光的Ⅰa型钻石具有大量的A 聚合体，经辐射和热处理后可以产生很强的H 3色心，可大大地提高了饱和度。为了获得彩钻石，应选择无荧光和少荧光的钻石进行辐射后热处理。如选用强荧光的Ⅰa型钻石，由于缺乏A 氮聚合体，经辐射和热处理后并不能产生足够的H3色心而明显提高饱和度，即可能达不到通过改色获得彩钻石的目的。

当Ⅰb型钻石经辐射处理后再经热处理会产生由一个游离氮原子和一个空穴组成的N—V色心。N—V色心在可见光范围产生零声子线为574.8nm的吸收带，并有一个零声子线为637.0nm的吸收带。N—V色心的吸收带位于可见光波长的中部，N—V色心本身可以使钻石呈现紫红色调的颜色；但高强度的N—V 色心和游离氮共同作用可能使钻石呈现橙色和红色色调。当零声子线波长为637.Onm的（N—V)－吸收带很弱时，高强度的（N—V)0色心和游离氮产生橙色色调的颜色；当零声子线波长为637.0nm的（N—V)－吸收带较强时，高强度的（N—V)0色心和游离氮以及（N—V)－色心使得钻石呈现红色色调的颜色。红色合成钻石的颜色都是由N—V色心和游离氮吸收共同产生的。产生较强的（N—V)－色心是获得红色合成钻石的关键之一。高能电子辐射处理钻石时电子可能残留在钻石晶体内，经热处理后能够产生较强的（N—V)－色心，因此，辐射处理红色合成钻石时应使用过高能电子加速器，或部分使用高能电子加速器。

经辐射和热处理的Ⅰa型钻石的光谱中总是伴随一个零声子线位于595nm 处的吸收带。这一零声子线不存在于天然钻石的吸收光谱中，是钻石经热处理的直接证据。当钻石的热处理温度达到1000℃时，这一零声子线会被消除。零声子线位于595nm的吸收带相当弱，对钻石颜色几乎没有明显的影响，消除之后不改变钻石的颜色。由于595nm 零声子线经高温处理后会被去除，它的不存在不能证明钻石的颜色一定是天然产生的。

辐射后的热处理温度对产生各种不同的色心、增强色心的吸收强度和提高零声子线的峰值至关重要。一般情况下，只经辐射处理的钻石色心吸收峰并不明显。当经辐射处理的钻石再经大约250℃热处理后，GRl色心的零声子线峰值会显著提高，吸收光谱的其他次吸收峰也会呈现。热处理温度升高到400℃时，GR1的零声子线和吸收峰，以及位于可见光短波段的GR2—8色心会明显可见。产生H 3和H 4色心的温度在500～800℃之间，产生N—V色心的温度可高达1500℃。

钻石色心是什么

您好

色心是指透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种缺陷。

在特定的条件下，很多材料中都可观察到色心。容易产生色心的材料有碱金属卤化物、碱土金属氟化物和部分金属氧化物。色心可以在电离辐射的照射下产生，也可以在一定的氧化或还原性气氛中加热晶体得到，还可以用电化学方法产生出一些特定的色心。最常见并研究的最充分的是碱金属或碱土金属卤化物中的F色心，F色心是俘获了电子的负离子空位。正离子空位缺陷俘获空穴形成的色心称做V色心。另外，还有其他类型的色心，如H色心、M色心和R色心等。BaFBr：Eu中的F色心有F（F）和F（Br）两种，分别对应于材料中俘获了电子的两种阴离子空位。这种材料中的色心可以被用来存储X射线的图像，当由BaF-Br:Eu材料制成的屏在X射线照射下，X射线的图像在存储屏内产生由F色心构成的潜像，在红色激光的激励下，F色光中的电子被释放出来，与Eu2+离子复合并发出的特征光，利用光接收设备和计算机处理可以得到X射线衍射图像仪中，这种图像仪可以提高医学检验的效率和图像的质量。

钻石色心：N3色心

IB型钻石晶体中的离散氮原子在高温高压条件下会逐渐聚合形成2个或2个以上氮原子的聚合体，使得IB型钻石变成了IA型钻石。在氮的聚合过程中，最有利于生成含3个氮原子的聚合体，其次是含2个和4个氮原子的聚合体，生成其他氮原子聚合体的可能必 小。这些氮原子的聚合体都会对光产生不同程度的吸收。其中2个和4个氮原子的聚合体会在红外波长范围产生吸收，3个氮原子的聚合体会吸收蓝色可风逊色使钻石呈，被称为N3色心，是钻石中最重要的色心之一。N3色心由三个氮原子与一个碳原子结合而成。N3色心的零声子峰值位于415NM处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420NM处。

一般情况下，N3色心总是伴随着一个的峰值位于478NM处的N2吸收峰。N2吸收峰的强度与N3色心的强度有关，N3色心越苦心经营，N2吸收峰也越强。相对于N3色心，N2吸收峰在可见光范围的吸收强度较弱。N2吸收峰不是一条零声子线，因而N2吸收峰不代表一个色心，其原因是N2吸收峰不能产生相应的荧光辐射。由于在可见短波范围波长越短人眼颜色视觉越低，位于478NM处的N2吸收峰产和平衡牟效能大于位于415MN秘的N3色心零声子线。

N3色心和N2吸收峰组成著名的“开普“吸收光谱。”开普“光谱最早是在产于南非开普城附近的钻石中发现的，因故得名。N3色心和N2吸收峰形成一个可风逊色吸收带，一般在光谱仪下观察到的是位于415MN处的一条强吸收峰线，所以N3吸收峰又被之为“开普”线。所有的IA型钻石都具有“开普”线，因而绝大多数的天然钻石都具有吸收强度不同的“开普‘线。

当IA型和IB型钻石含量相同时，IA型钻石要比IB型钻石的饱和度低很多。这一现象说明，当IB型钻石中的离散氮原子在高温高压下形成IA型钻石中的聚合氮色心时，氮原子对可风逊色的吸收减弱。IB型钻石中的离散氮原子在可见光的短波范围产生一个很宽的吸收带。IA型钻石中的聚合氮所产生的N3色心在可见了光波长范围主要产生一个很窄的415NM吸收峰，其宽吸收带位于可见光的短波末端和紫外范围，对于颜色的视觉影响很小。另外一部分氮原子生成2个和4个氮原子的聚合体，在可见光波长范围没有吸收。由于以上原因，IB型钻石中的氮离散原子要比在IA型钻石中相同含量的氮原子聚合体对短波光的吸收强很多，钻石产生的饱和度也相应高很多。人工合成钻石时，氮原子以离散的形式存在，属于IB型。当含离散氮的合成钻石再经高温高压处理后，部分离散的氮原子会形成聚合体，产生聚合氮色心，其变浅，从而达到改善颜色的目的。

辐照处理

（一）基本原理

利用辐照源的带电粒子（加速电子、质子）、中子或γ射线辐照宝石，通过带电粒子、中子或γ射线与宝石中离子、原子或电子的相互作用，最终在宝石中形成电子－空穴心或离子缺陷心。辐照的本质是提供激活电子、格位离子或原子发生位移的能量，从而在被辐照的宝石中诱生辐照损伤心，进而产生颜色或改变颜色。

1.带电粒子与宝石相互作用

一般说来，带电粒子与宝石相互作用主要引起核外电子的激发和电离。当带电粒子接近宝石原子时就会与原子核外电子发生静电作用，而使电子获得能量，如果电子获得的能量足够大，则电子可以从原子中跑出来而使原子电离。被电离的电子仍具有足够大的动能，还可以进一步引起另一个原子核外的电子的激发和电离，引起宝石中原子的位移和相应的化学变化。图4-2-9为电子加速器辐照处理绿柱石。

图4-2-9 辐照处理绿柱石（a）处理前；（b）处理后

2.快中子与宝石的相互作用

由于快中子不带电荷，不能与被辐照宝石的原子核外的电子发生作用，因此不能直接对宝石分子产生电离和激发。但快中子可以与其原子核直接发生弹性碰撞、非弹性碰撞、核反应、俘获反应等，产生新的带电粒子或引起离子位移，这些粒子或离子将引起另外的原子或离子电离或激发，产生被电离的位移原子。这些被电离的位移原子实际上是重的荷电粒子，它可以引起进一步的电离和原子位移。

（二）辐照源的类型

1.α辐射

由放射性元素衰变释放出来的高速飞行的氦原子核，也可以依靠氦离子在回旋加速器中获得。它带有两个正电荷，质量接近4个原子质量单位。重放射性元素放射出来的α粒子的能量约为4～8MeV。

2.β辐射

产生于原子核衰变或电子加速器。一般放射性核素产生的β射线能量为0.015～2MeV，电子加速器产生的β射线能量在0.2～20MeV之间，它带有一个负电荷。

3.γ辐射

来自于原子核能态的变化，它是一种波长极短的电磁辐射，是能量W=h/c（λ式中h为普朗克常数，c为光速，λ为波长）和速度等于光速的光子束流。

4.中子

中子是质量约为一个原子质量单位的不带电粒子。主要来源有核辐照源、重核裂变、轻核聚变。分为热中子（0.025eV）、慢中子（0.03eV～100eV）、中能中子（100～10keV）和快中子（10keV～10MeV）。

（三）常见色心类型

色心泛指宝石中能选择性吸收可见光能量并产生颜色的晶格缺陷。属典型的结构呈色类型。色心的种类十分复杂，但最常见的为电子心（F心）、空穴心（V心）及杂质离子心。

1.电子心（F心）

电子心（F心）指宝石晶体结构中由于阴离子空位而引起的缺陷。就整个宝石晶体而言，当阴离子缺位时，空位就成为一个带正电的电子陷阱，它能捕获电子。如果一个空位捕获一个电子，将其束缚于该空位，这种电子呈激发态，并选择性吸收了某种波长的能量而呈色。因此，电子心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子组成的。如萤石晶体中的氟离子离开正常格位，而形成一个阴离子空位（缺少负电荷），该结构位显示正电性，形成一个带正电的电子陷阱。为了维持晶体的电中性，阴离子空位必须捕获一个负电子，由此产生的色心称之为电子心（F心）。

若一个阴离子空位捕获两个电子时，称为F′心；两个相邻的F心称为F2心；三个相邻的F心称为F3心；两个相邻的阴离子空位只捕获一个电子称为R心。

2.空穴心（V心）

空穴心（V心）是晶体结构中由于阳离子缺位而引起的色心。从静电作用考虑，缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，则附近一个阴离子必须成为“空穴”才能保持静电平衡。因此，空穴心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴”组成的。空穴与空位含义不同，前者指晶格离子中电荷不足；后者则指晶格中离子的缺失。如烟晶中以类质同象形式替代Si4+的Al3+杂质，在晶格位中形成正电荷不足的位置（正电荷陷阱），为了维持暂时的电中性，Al3+离子周围必须有相应的正一价阳离子存在。当水晶受到辐照后，与最近邻的O2-将失去一个多余的电子，而残留下一个空位，形成空穴心。

（四）常见辐射损伤心类型

辐照处理宝石产生色心的过程较为复杂，往往是多种色心的组合。辐照处理宝石产生的色心，主要有以下两种类型。

1.电荷缺陷色心

电荷缺陷色心指宝石晶格点阵上的原子或离子仅在带电性质上发生变化而形成的色心，而该晶格位上的原子或离子既不增加也不减少。一般来说，当宝石晶体受到辐射时，辐射粒子与晶格位上原子或离子的外层电子发生相互作用，把辐射能量传给了电子，电子在吸收一定能量后，就会克服原子或离子的束缚而逃逸出去。从而形成了电荷缺陷色心（空穴心和电子心）。

2.离子缺陷色心

宝石中离子缺陷是指正常晶格位的离子在位置上发生了变化，形成了正负离子空位、空位聚集、填隙离子等缺陷。由此类缺陷所形成的色心称为离子缺陷色心。辐照可以产生离子缺陷色心。例如在辐照Ⅰa型褐钻石的过程中，辐射粒子进入钻石与晶体中的碳原子发生弹性碰撞，在碰撞过程中，彼此间发生能量转移，从而使碰撞粒子的运动状态发生显著的变化，将钻石中的碳原子从其初始位置激离，从而产生GR1色心，形成蓝绿色钻石。钻石晶格位上原子或离子的电离或激发和中子与钻石晶体中原子核的相互作用，可导致钻石晶格位上离子的迁移，钻石晶格位上出现正、负离子空位或空位聚集和滑移线系。事实上，钻石经辐照后产生的往往是复合色心。

Ⅰa型淡粉红色钻石（塑性形变，橙红色荧光）经辐照处理后，可使颜色的饱和度得到加强，并变成红色或紫红色；某些透明度低的Ia灰色钻石（富H型）经中子辐照处理后，可变成漂亮的深蓝色（见图4-2-10）。

图4-2-10 辐照处理彩色钻石

（五）辐照宝石的色心转型

热处理是辐照作用的逆行为，它能使辐照作用产生的色心释放出来，从而破坏辐照产生的色心。色心具有不同的陷阱能级，加热可以使处于陷阱能级中的电子，越过陷阱能垒使色心消失。若被捕获的电子释放后不能返回原位，又被另一种缺陷中心所捕获，这时则可形成新的色心，实现色心转型。例如对辐照处理蓝绿色钻石进行高温退火处理，随温度的升高钻石的颜色从蓝绿色→绿→金→浅→原本色（色心漂白）。这种颜色变化序列可以停止于任何一点，得到任一种颜色。

无色黄玉经γ射线辐照处理后，易诱生不稳定色心和蓝色稳定色心（组合成褐色/棕褐色），经中温加热退火处理后，有助于消除不稳定色心，稳固蓝色色心，并转变为蓝色黄玉（见图4-2-2）。辐照处理蓝黄玉进一步加热（560～580℃），色心漂白至无色黄玉。若采用快中子去处理无色黄玉，可直接诱生稳定的蓝色色心，并形成蓝色黄玉。

热处理的目的是使宝石的颜色稳固化，这主要是通过消除某种不稳定色心，增强另一些色心来改变宝石的颜色。高温退火/固色心/色心漂白的逆过程，使宝石中的某些能垒低且不稳定的色心首先消失，而使另一些稳定的色心得到加强，宝石的颜色也随着加热温度的不同而变化。但温度增加到一定程度时，最终会使宝石的色心全部消失。

色心致色

颜色中心，简称色心，是指能选择吸收可见光的晶体结构缺陷，都属于晶体的点状缺陷。色心主要由辐射损伤、杂质聚合，以及辐射损伤和杂质聚合共同产生。色心被束缚在晶格之中，其内的电子在光子能量激发下产生振动。这种电子振动会引起周围的碳原子振动，使振动能量在钻石中扩散。钻石色心均是这种振动电子型的中心，称为振动电子中心（Vibrational—Electronic Center，缩写为Vibronic Center）。振动电子中心的振动以纵波的形式在钻石晶体中传播。在固体物理中这种在晶体中传播的纵向振动波被称为声子（Phonon）,具有能量和频率的特性。钻石色心的光谱吸收可以由声子的理论简化模型来计算。一般情况，理论计算获得的声子吸收光谱与实际测量的光谱十分近似。反之，也可以利用测量获得的吸收光谱来推断色心的声子特性。

声子光谱的特征是由一条锐零声子吸收线和一个具有多个吸收峰的高能宽吸收带组成。高能宽吸收带的吸收峰分别为第一、第二、第三……声子峰（或称为声子线）。图2-6为典型的N3色心的声子吸收曲线，实际测量的色心吸收光谱比理论的声子特征光谱复杂，而且高能宽吸收带的吸收峰不易识别。在钻石的颜色成因、宝石学研究和鉴定中，用零声子线来代表整个声子吸收带，主要是因为零声子线在钻石吸收光谱中比较明显，其他吸收峰不易辨别。

零声子线的强度和宽度与温度有关，温度越高，强度越低，宽度越宽。其原因是温度越高，钻石晶格的热振动越强，使零声子线减弱并变宽。在研究钻石的颜色成因时，为了获得零声子线分辨清晰的吸收光谱，钻石一般都是在液氮温度（77K）下测量。当研究色心对钻石颜色的影响时，钻石的可见透射光谱或可见反射光谱应该在室温下测量，以便获得真实的颜色测量数据。

图2-6 N3色心的典型声子吸收光谱

N3色心的峰值位于415nm 处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420nm处

当色心的电子被激发到激发态后，会自动返回基态，并辐射可见光，即荧光现象。理论计算所获得的色心荧光辐射光谱与相应的声子吸收光谱以零声子波长为中心成镜像，实际测量获得的色心荧光光谱与理论计算荧光光谱十分吻合。色心荧光光谱与吸收光谱以零声子线成镜像这一性质为钻石光谱的定性研究提供了另一个途径：测量钻石的荧光光谱来研究色心。利用短波的激光照射钻石即可获得荧光光谱。在低温下钻石色心的激光荧光光谱较强，零声子线吸收峰也比较清晰。另外，激光荧光光谱容易测量，使用也越来越广泛。

某些色心的电子被束缚得非常强，电子的相对振动很弱，使零声子线的强度太弱而不能测得，整个零声子吸收光谱变为一个没有吸收峰的吸收带。虽然这种色心无法直接由测量零声子线来确定，通过激发紫外荧光的方法可以间接加以验证。

为简明起见，以下在论述钻石颜色中心时，以色心的零声子线的波长来代表整个颜色中心，以便与光谱学研究中标定颜色中心的惯例相对应。在钻石的光谱学研究中，只需要知道色心的零声子线即可对色心和钻石得出相应的结论。在钻石颜色色度学研究和计算时，钻石的透射光谱和反射光谱的测量应在室温下进行，所获得的光谱的零声子线和其他吸收峰都不明显，而且零声子线对颜色的影响一般要远小于宽吸收带对颜色的影响。

以下简单介绍几种典型常见的色心。

1.N3色心

Ⅰb型钻石晶体中的离散氮原子在高温高压条件下会逐渐聚合形成2个或2个以上氮原子的聚合体，使得Ⅰb型钻石变成了Ⅰa型钻石。在氮的聚合过程中，最有利于生成含3个氮原子的聚合体，其次是含2个和4个氮原子的聚合体，生成其他氮原子聚合体的可能性较小。这些氮原子的聚合体都会对光产生不同程度的吸收。其中2个和4个氮原子的聚合体会在红外波长范围产生吸收，3个氮原子的聚合体会吸收蓝色可见光使钻石呈，被称为N3色心，是钻石中最重要的色心之一。N3色心由三个氮原子与一个碳原子结合而成。N 3色心的零声子峰值位于415nm 处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420nm处，如图2—6所示。

一般情况下，N 3色心总是伴随着一个的峰值位于478nm 处的N 2吸收峰。N 2吸收峰的强度与N3色心的强度有关，N3色心越强，N2吸收峰也越强。相对于N3色心，N2吸收峰在可见光范围的吸收强度较弱。N2吸收峰不是一条零声子线，因而N2吸收峰不代表一个色心，其原因是N2吸收峰不能产生相应的荧光辐射。由于在可见光短波范围波长越短人眼颜色视觉越低，位于478nm 处的N 2吸收峰产生颜色的效能大于位于415nm 处的N3色心零声子线。

图2-7 由N3色心和N2吸收峰组成的“开普”吸收光谱

N3色心由3个氮组成的聚合体产生，N2吸收峰总是伴随N3色心，但既不属于N3色心，也不是由其他声子色心产生的，其具体成因不明

N3色心和N2吸收峰组成著名的“开普”吸收光谱，如图2—7所示。“开普”光谱最早是在产于南非开普城（Cape）附近的钻石中发现的，因故得名。N3色心和N2吸收峰形成一个可见光吸收带，一般在光谱仪下观察到的是位于415nm 处的一条强吸收峰线，所以N3吸收峰又被称之为“开普”线。所有的Ⅰa型钻石都具有“开普”线，因而绝大多数的天然钻石都具有吸收强度不同的“开普”线。

当Ⅰa型和Ⅰb型钻石氮含量相同时，Ⅰa型钻石要比Ⅰb型钻石的饱和度低很多。这一现象说明，当Ⅰb型钻石中的离散氮原子在高温高压下形成Ⅰa型钻石中的聚合氮色心时，氮原子对可见光的吸收减弱。Ⅰb型钻石中的离散氮原子在可见光的短波范围产生一个很宽的吸收带。Ⅰa型钻石中的聚合氮所产生的N3色心在可见光波长范围主要产生一个很窄的415nm 吸收峰，其宽吸收带位于可见光的短波末端和紫外范围，对于颜色的视觉影响很小。另外一部分氮原子生成2个和4个氮原子的聚合体，在可见光波长范围没有吸收。由于以上原因，Ⅰb型钻石中的氮离散原子要比在Ⅰa型钻石中相同含量的氮原子聚合体对短波光的吸收强很多，钻石产生的饱和度也相应高很多。人工合成钻石时，氮原子以离散的形式存在，属于Ⅰb型。当含离散氮的合成钻石再经高温高压处理后，部分离散的氮原子会形成聚合体，产生聚合氮色心，其变浅，从而达到改善颜色的目的。

2.GR1色心

GR 是英文一般辐射（General Radiation）的缩写，顾名思义，GR 色心是由辐射在钻石晶体产生的空穴而生成的颜色中心。放射性物质铀、铊和钴等对钻石辐射后，可以将碳原子从晶格中击出，从而产生一个空穴。这一钻石晶格中的空穴被称之为GRl色心。GR1色心的晶体空穴属于钻石的点晶体缺陷，空穴中没有电子填充。钻石的GRl色心是一种永久辐射损伤颜色中心，几乎不可能用加热或其他方法恢复原有晶体结构。GRl色心在可见和红外波长范围产生一个较宽的吸收带和一系列的吸收峰，形成典型的声子吸收光谱。GR1色心的零声f吸收峰的波长为740.9nm，其相应的激发能量为1.673eV，并在412～430nm波长范围形成一个宽吸收带并伴随GR2—8的吸收峰。包括零声子吸收峰和吸收带的典型GRl色心的吸收光谱，如图2—8所示。一般情况下位于宽吸收带上的GR2—8吸收峰并不明显.对钻石的颜色贡献可以忽略。

由图2—8中的GR1吸收光谱可知，GR1色心所产生的吸收带的吸收率从长波到短波逐渐降低，直到430nm，然后又略微增加。GRl色心光谱本身会使钻石产生蓝色。当GR2—8吸收峰较强时钻石的颜色为偏绿的蓝色。经辐射处理的Ⅱa型呈现蓝色，就是由于GRl色心所致。另外.GRl色心也可以使含氮量很低的Ⅰa和Ⅰb型无色钻石呈现蓝色，即一些蓝色钻石的颜色实际是由GRl色心产生的。如果对Ⅱb型蓝色钻石进行辐射处理，其蓝色饱和度有可能提高。

图2-8 GR1色心在可见光谱范围的吸收带和吸收峰

零声子线的波长为740.9nm，其相应的激发能量为1.673eV:GRl色心的吸收带扩展到可见光的长波范围，伴随的GR2—8吸收峰在可见光短波范围产生较弱的吸收

的Ⅰa型钻石具有N3色心并含有较多的氮原子，其蓝紫光会部分地被氮原子吸收。经辐射处理的Ⅰa型钻石同时具有GRl色心和N3色心，其中GR1色心吸收长波可见光，N3色心吸收短波可见光，使经辐射处理的Ⅰa型钻石的色调变为绿色。绝大多数的天然绿色钻石都是Ⅰa型，经过天然辐射，其绿色是由GRl色心和N3色心共同产生的。许多文献简单地将钻石的绿色只归属于GRl色心，实际上，N3色心对钻石绿色的贡献是必不可少的。

图2-9 天然绿色钻石（Tino Hammid/Courtesy of Aurora Gem Collection）

北极光彩色钻石集86号，0.63ct

根据GRl色心和N3色心的强度不同，钻石颜色的色调在蓝色到之间变化。当钻石只有GR1色心时，颜色为蓝色；当钻石的GRl色心对可见光长波的吸收大于N3色心对可见光短波的吸收时，颜色为绿蓝色；当GRl色心的吸收约等于N3色心的吸收时，颜色为绿色；当钻石的GRl色心的吸收小于N3色心的吸收时，颜色为黄绿色；当钻石只有N3色心时，颜色为。图2—9是北极光彩色钻石珍藏中的一颗绿色钻石。

在高能粒子的轰击下，钻石比较容易产生较多的GR1色心，使得相应的宽吸收带很强.GR2—8吸收峰也很明显。钻石的GR1色心可由任何一种高能辐射产生，包括天然α和γ射线、高能电子束、高能中子束和原子反应堆的快中子等。一般情况下，产生GR1色心的高能辐射源的能量应大于1M eV，钻石改色处理实验用电子加速器的能量级别一般为2M eV以上，使得电子能够穿透较多的厚度。

由钻石晶体空穴形成的GR1色心是形成以下介绍的H 色心和N—V 色心的关键。H 色心和N—V色心都是由空穴与不同形式的氮元素结合而成。

3.H 色心

H 色心是一个含氮Ⅰa型钻石经辐射后再经热处理而产生的晶体缺陷。钻石经辐射处理后会在晶体中产生一个没有碳原子的空穴，即GR1色心。再经热处理时，GR1色心可能与氮原子的聚合体结合而形成新的色心。当一个空穴与两个氮原子组成的A 聚合体结合时就形成H3(N—V—N）颜色中心，一个空穴与四个氮原子组成的B 聚合体结合时产生H4色心。

H 3色心产生的一个零声子波长为503.2nm的宽吸收带。由于H 3色心的宽吸收带大约位于可见波长的长波段400～500nm 之间，H 3色心本身会使钻石产生色调的颜色，常见于经处理的彩钻石的吸收光谱。

图2-10 H3和H4色心的吸收光谱

H4色心的零声子线几乎与H3色心的第一吸收峰重叠

H4色心产生一个零声子线位于496nm的宽吸收带。相对于H3色心，H4色心一般较弱。H4色心的零声子线叠加在H3色心的第一吸收峰上，几乎与之重合。图2-10所示为H3和H4色心的吸收光谱。

H3、H4和N3色心叠加可以使钻石呈现饱和度很高的，甚至是橙和黄橙色。Ⅰa型天然钻石的颜色由N3色心产生，并含有大量的A和B聚合体。Ⅰa型天然钻石经高能粒子加速器强辐射后，在钻石晶体中会产生许多空穴。经辐射处理的钻石再经热处理后由辐射产生的空穴与A聚合体和B聚合体结合产生很强的H3和H4色心。N3色心经处理后没有发生显著变化，对短波可见光的吸收强度基本不变。经处理后产生的H3和H 4色心吸收短于505nm的可见光。如果N 3色心的吸收远大于H 3和H4色心的吸收，钻石仍呈现，但饱和度比只有N3色心时得以提高。如果N3色心的吸收接近H3和H4色心的吸收，钻石可能呈现橙甚至黄橙色。如果N3色心的吸收小于H3和H4色心的吸收，钻石呈现黄橙色，甚至呈现橙色。Ⅰa型钻石经辐射和热处理处理后可能变成彩或橙色钻石。如果H3、H4和N3色心都很强，在整个可见光范围可能产生较强的无选择性吸收，使钻石的亮度较低，所显现的颜色为低亮度的棕橙色或棕色。

H2色心也是由空穴和氮原子A 聚合体组成的，带有负电荷（N—V—N），产生一个较宽的吸收带，吸收峰中心位于986.1nm 处。当H 2色心较强时，吸收带会扩展到可见光谱的长波范围。由于H2色心总是与N3、H3和H4色心共同存在，在可见光范围H2吸收远远小于其他3个色心的吸收，所以H2色心对钻石产生颜色或改变颜色的贡献十分有限，通常在讨论钻石颜色成因时不考虑H2色心的影响。

因为H 色心是由空穴与氮原子聚合体结合形成的，因此，具有H 色心的钻石一定属于Ⅰa型。另外，H是英文H eat的第一个字母，因此，从字面上可以看出，H 色心一定经过某种高能辐射和热处理。产生H 3和H 4色心的热处理温度范围大约为500～1800℃，常用的温度为800℃。

Ⅰa型钻石经辐射和热处理后还可能产生波长503.6nm的3H 色心和595nm 色心。虽然这两个色心对于彩色钻石鉴定具有辅助作用，但比较少见，而且光谱吸收很低.对产生钻石颜色的贡献一般可以忽略。3H 色心的零声子波长与H 3色心的零声子波长十分接近.有时会混淆。

图2-11所示为著者收藏的一颗经改色处理的橙色钻石。这颗橙色钻石的H3、H4和N3色心极强，因而呈现橙色。

图2-11 经改色处理的橙色天然钻石（刘严摄影/刘严收藏）

橙色由H3、H4和N3色心共同产生

4.N—V色心

N—V是英文氮（Nitrogen）和空穴（Va-cancy）的缩写，顾名思义.N—V 色心是由氮和空穴组成的色心。N—V 色心是含离散氮的Ⅰb型钻石经辐射和热处理后产生的晶体缺陷。如前所述，钻石经辐射处理会产生一个GRl色心。再经热处理时，GRl色心可以与单个氮原子结合而形成新的色心。当一个空穴与一个氮原子结合时就形成N—V 色心。中性（N—V)0色心的吸收峰为575nm.带有负电荷（N—V)－色心的吸收峰为637nm。图2-12为典型的N—V色心吸收光谱。

图2-12 N-V色心的吸收光谱

（N-V)0的零声子线575nm,

（N-V)－的零声子线位于637nm

N-V色心常伴随H 色心共同存在于吸收光谱中，在N-色V心的生成过程中不可避免地会生成H 色心

N—V 色心的重要之处在于它产生于可见光中波范围的主峰值波长为574.8nm和637.0nm的宽吸收带。N—V 色心位于可见光中段，会使钻石产生红紫色调的颜色，例如粉红色或紫红色。一般测量所获得的钻石吸收光谱中.N—V 色心的吸收峰总是与其他吸收峰伴随存在.N—V 色心吸收峰单独存在的光谱比较少见。只有Ⅱb型钻石产生N—V 色心时没有伴随H 色心，其原因是Ⅱb型钻石几乎不含氮，个别离散氮原子的晶格间距很大，不可能聚合在一起，也不可能产生H 色心。

H3和H4吸收峰常常伴随N—V吸收峰存在十吸收光谱中.这一现象说明，在生成N-V 色心的热处理过程中，离散氮原子可能聚合成A 聚合体和B聚合体，然后再与空穴结合生成H 色心。也可能是N—V色心在热的作用下与离散氮原子结合而直接生成H 色心。不论在生成N—V色心的过程中是如何产生H 色心，H 色心的生成都会不同程度地减少N—V色心的相对数量。

具有N—V 色心的天然钻石很少，即使存在N—V 色心一般也很弱，对彩色钻石的颜色贡献有限。Ⅱa型钻石含氮量非常低，而且氮元素都是以单原子的形式存在。个别 Ⅱa型钻石经辐射和高温处理后也会产生N—V 色心。这种具有N—V 色心的Ⅱa型钻石都呈现饱和度很低的紫红色调的粉红色。其原因是氮含量极低.不可能产生较多的N—V 色心。极少数的天然浅粉红色钻石的颜色是由N—V 色心产生的，这类天然浅粉红色钻石属于 Ⅱa型，据报道产自印度。

多年来，随着对于钻石的颜色成因的深入了解、人工合成钻石的设备不断改进、合成和颜色处理技术的逐步完善，许多颜色的钻石都可以由合成和处理而获得，尤为重要是红色钻石的合成。在钻石的人工合成及其辐射和热处理过程中，N—V色心较容易产生，并可以获很强的N—V色心。N—V 色心的波长处于可见光范围的中部，对可见光的吸收效率较高，在产生某些颜色的合成钻石时起到了至关重要的作用，例如一些经改色处理的人工合成红色钻石的颜色就是由N—V色心和游离氮共同产生的。图2-31所示为著者收藏的一颗经改色处理的Ⅰb型红色合成钻石，颜色是由游离氮原子和N—V 色心共同产生。游离氮原子主要吸收短波的可见光，N—V 色心吸收中波的可见光，剩余的长波可见光呈现红色。若N—V 色心的吸收强度大于游离氮原子的吸收强度，则短波可见光的相对强度会大于中波可见光的相对强度，这种情况下，钻石呈现偏紫红的红色（Purplish Red）。在标准日光光源下这颗合成红色钻石的实际颜色就是偏紫红的红色，而不是纯红色。根据著者的测量研究和目视观察，市面上为数不多的红色合成钻石的实际色调均为偏紫红的红色，其色调与图2-13中红色钻石的色调相似。

图2-13 经改色处理的Ⅰb型红色合成钻石

（刘严摄影/刘严收藏）

颜色主要是由离散氮原f和N—V 色心共同产生的

合成红色钻石的颜色都比较深，即亮度较低，其主要原因是离散氮含量很高.对可见光短波的吸收强烈；而且经过强辐射处理和热处理后产生很强的N—V 色心，对可见光中波段产生很强的吸收，使红色合成钻石对中短波长可见光产生强吸收，并在整个可见光波段产生较强的无选择性吸收，因而呈现亮度较低的红色。如图2-13所示，这颗红色合成钻石的台面颜色分布为红色闪烁区域衬托在暗红棕色的背景之上。合成和处理红色钻石的困难有：钻石的含氮量必须很高，辐射处理必须很强，而且热处理的时间、温度和压力必须恰到好处。这就是为什么合成红色钻石也是少之又少的原因。与其说是有目的地合成红色钻石，不如说是在合成和处理的过程中的偶遇。如果钻石的含氮量较低，辐射和热处理不合适，这种合成钻石的颜色可能是黄橙色、橙色、棕橙色、紫红棕色、棕色或红棕色，而不是红色。

在相同氮含量的情况下，游离氮和N—V 色心对可见光的吸收远远大于N3、H3和H4色心对可见光的吸收，而且N—V 色心吸收峰位于可见光的中波范围，因此，经改色处理的合成钻石比较容易产生饱和度较高的红色和橙色调的颜色。

5.其他色心

钻石中存在许多振动电子中心，多数振动电子中心对可见光的吸收太弱，而对钻石的颜色没有影响。除以上所介绍的颜色中心外，对钻石颜色产生影响的色心还有负电荷空穴色心（ND1）、477nm 吸收带和595nm 色心。

钻石经高能电子轰击后，高能电子会射入钻石晶体的浅层，不仅可以将碳原子移位产生GR1色心，也可能留在钻石晶体的晶格之中。这些留在钻石中的电子形成负空穴色心ND1(Negatively Charged Vacancy）。ND1色心的峰值波长为393nm，强度较弱，对钻石的颜色影响不大。很强的ND1色心有可能使Ⅱa型钻石呈淡。

477nm 吸收带是一个振动电子型色心，由于电子结合非常强使得零声子线消失。根据吸收光谱曲线的分布可以推断477nm 吸收带的零声子线的位置应大约在520nm 附近，呈镜面对称分布的荧光辐射的颜色为橙红色。具有477nm 吸收带的钻石一般属于Ⅰb型，含氮量较低，呈琥珀色。由于属于Ⅰb型而没有A 聚合体，具有477nm 吸收带的钻石的荧光辐射较强，其荧光颜色一般为到橙色。这说明可能伴随一个波长较短的电子振动中心，其荧光颜色是由这两个荧光辐射叠加而成。

Ⅰa型钻石经辐射和热处理后会产生一个595nm 色心，并伴随一个位于425nm 较弱的吸收峰。相对于同时存在的N 3、H 3和H 4色心，595nm 色心对可见光的吸收很弱，对钻石的颜色几乎没有影响。一般情况下，595nm 色心的存在是钻石经处理的佐证。当热处理温度高于1000℃时，595nm 色心会消失，因此，没有595nm 色心的Ⅰa型钻石并不能证明其未经处理。

钻石的基本性质

钻石的矿物名称为金刚石，英文名称为Diamond，源自希腊语“adamant”，意思是“坚不可摧”。

钻石与红宝石、蓝宝石和祖母绿一起并称为四大珍贵宝石。目前钻石已成为结婚的信物，并被誉为四月的生辰石，象征坚韧、永恒和纯洁无瑕。

一、钻石的化学成分和分类

1.化学成分

钻石是具有立方结构的碳。主要成分是C，其质量分数可达99.95%，次要成分有N、B、H等。其他微量元素还有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr等。

2.分类

钻石的分类最早由Robertson、Fox和Martin等三人根据钻石在红外区吸收带和对紫外光透射的差异提出，他们认为Ⅰ型钻石能透过400～300nm的紫外光并在红外区显示与氮有关的吸收带，而Ⅱ型钻石可透过低至220nm的紫外光并在红外区无明显的吸收带。

1959年美国的Kaiser和Bond发现Ⅰ型和Ⅱ型钻石的差异与杂质氮有关，后来人们又发现在含氮的钻石中氮的最常见的存在形式不只一种，氮以单个氮原子分散在钻石中，称为C心、以原子对集合体出现，称为A心、3个氮形成的原子团称为N3中心，而多于4个原子的原子团则称为B集合体(B心)，也可为一些较大的有几个原子厚的扁平层偏片晶氮存在，称为D心。钻石的分类是按照是否含氮和硼及氮的聚型类型划分如下(表14-1-1)。

表14-1-1 钻石的分类

天然钻石中Ⅰa型钻石约占98%以上，Ⅱa型占1%左右，Ⅰb型和Ⅱb型很少，人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。

二、钻石的结构与形态

1.晶体结构

钻石属等轴晶系，

；a0=0.35595nm；Z=8，具立方面心格子，C原子位于立方体角顶和面的中心，将立方体平分为8个小立方体，在其中4个相间排列的小立方体的中心还存在C原子，呈四次配位。每个C原子以SP3外层电子构型与相邻的4个C原子形成共价键(如图14-1-1)。C—C间距为0.1542nm，C-C-C键角109°28′16″。

图14-1-1 钻石的晶体结构

2.形态

钻石属六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)，常见单形：八面体o{111}，菱形十二面体d{110}、立方体a{100}及其聚形(图14-1-2a和图14-1-2b)。

图14-1-2a 钻石的常见晶形

钻石晶体通常呈歪晶，由于溶蚀作用使晶面棱弯曲，晶面常发育阶梯状生长纹、生长锥或蚀象，且不同单形晶面上的蚀象不同，八面体晶面上可见倒三角形凹坑，立方体晶面上可见四边形凹坑，十二面体晶面上可见线理和显微圆盘状花纹。

钻石的双晶依(111)最普遍，可成接触双晶、星状穿插双晶或轮式双晶。其中三角薄片(macle)接触双晶具有典型的扁平三角形外观，在双晶两个平面结合处环绕钻石有明显的青鱼骨刺纹，在钻石贸易中称为结节。

三、钻石的光学性质

1.颜色

钻石的颜色分两个系列：即无色—浅系列和彩色系列。无色—浅系列钻石的颜色为：无色至浅黄、浅褐；彩色系列钻石的颜色一般为深黄、褐、灰及浅至深的蓝、绿、橙黄、粉红、红、紫红色，偶见黑色。

图14-1-2b 钻石晶体不同聚形示意图

大多数彩钻颜色发暗，强至中等饱和度、颜色艳丽的彩钻极为罕见。彩钻是由于少量杂质 N、B和H原子进入钻石的晶体结构之中，形成各种色心而产生的颜色。另一种原因是晶体塑性变形而产生位错、缺陷，对某些光能的吸收而使钻石呈现颜色。

(1)黄至棕钻石的颜色是由于N原子代替C原子而产生的。理想的钻石晶体是禁带很宽的半导体，宽的禁带避免了可见光范围内的一切可能吸收，因此理想的钻石是无色的。当N原子代替部分C原子时，由于氮外层有5个电子，代替碳原子后多余一个电子，这电子在禁带中形成一个新的能级，相当于减少了禁带宽度，从而使得晶体能吸收可见光范围内的光能而呈现颜色。N原子代替C原子有不同的形式，一种情况是孤立的N原子代替C原子，它对能量高于2.2eV(波长小于560nm)的入射光有明显的吸收，使钻石呈现一系列、褐色、棕色，其颜色很鲜艳浓郁，Ⅰb型钻石的颜色往往由该种色心引起；另一种情况是金刚石内N原子可移动聚合在一起形成多个N原子集合体，这种集合体对400～425nm光有明显的吸收作用，同时对477.2nm有弱吸收，由于人们对477.2nm吸收反应灵敏，477.2nm蓝光被吸收后，钻石呈现。

(2)蓝色钻石：从晶体完美程度来讲，蓝色钻石是最好的，也是极罕见的。它不含N却含有微量B(wB＜1%)，属Ⅱb型钻石。正是这些B使钻石呈现美丽的蓝色。少数含H杂质的钻石也呈蓝色。

(3)粉红色钻石和褐色钻石：这两种彩钻都是由于钻石在高温和各向异性压力的作用下发生晶格变形而产生的颜色，相比之下粉红色钻石罕见得多，因而极其昂贵。这种晶体缺陷在极端情况下可形成紫红色钻石。

(4)绿色钻石：绿色和蓝绿色钻石通常是由于长期天然辐射作用而形成的。当辐射线的能量高于晶体的阈值时，碳原子被打入间隙位置，形成一系列空位-间隙原子对，使钻石的电子结构发生变化，从而产生一系列新的吸收，使钻石着色。若辐照时间足够长或辐照剂量足够大，可使钻石变成深绿色甚至黑色。辐射造成的晶格损伤有时还可形成蓝色钻石和黄褐色钻石。

2.光泽

钻石具有特征的金刚光泽，金刚光泽是自然界透明矿物最强的光泽。但钻石的光泽有时会因表面不平而显得暗淡。

3.透明度

钻石的透明度为透明-不透明。纯净的钻石应该是无色透明的，但由于地质条件的复杂性，常有杂质元素进入钻石的晶格或以包裹体的形式存在于钻石中，使钻石的透明度受到一定的影响。

4.光性

钻石属等轴晶系，为均质体，在正交偏光下全消光，但有些钻石由于内部应变或内部含有包裹体，偶见异常消光。

5.折射率

钻石为单折射宝石，在钠光(589.3nm)中折射率为2.417，超过了常规折射仪的测试范围，是透明矿物中折射率最大的。

6.色散

钻石的色散强，色散值为0.044，比天然无色透明宝石的色散都高，所以我们在切割标准的钻石表面能看到漂亮的“火彩”。

7.发光性

(1)紫外荧光：钻石在紫外灯下的荧光可有不同的反应，有些钻石发光很强，有些则不发光。钻石在长短波紫外光下可呈现从无至强的蓝色、、橙、粉色等荧光，通常长波较短波的荧光强。

(2)X射线荧光：钻石在X射线下一般呈现蓝白色的荧光，且稳定性好，在钻石开采中可根据钻石X射线下的荧光特性，将其他砾石分选出去。

(3)阴极发光：阴极发光可揭示钻石的内部生长结构，钻石在阴极发光仪的电子束照射下，绝大多数钻石会发出阴极荧光，主要呈现蓝色、橙红色和黄绿色，天然钻石和合成钻石的生长条件不同，表现出的生长结构也不同，目前阴极发光技术已成为鉴别钻石是天然的还是合成的主要手段之一。

8.吸收光谱

无色—浅的钻石，在紫色区415.5nm处有一吸收谱带；其他颜色的钻石的吸收线位于453nm，466nm和478nm处；褐—绿色钻石，在绿区504nm处有一条吸收窄带，有的钻石可能同时具有415nm和504nm处的两条吸收带。辐照改色的钻石可能在498nm，504nm和592nm处有吸收带。

四、钻石的力学性质

1.解理

钻石有四组八面体{111}方向的中等解理，{110}、{221}的不完全解理。图14-1-3为钻石{111}方向解理示意图。

图14-1-3 钻石{111}方向解理示意图

2.硬度

钻石的摩氏硬度为10，是自然界最硬的矿物，钻石的硬度具有各向异性的特征，不同方向硬度不同，其八面体晶面的硬度大于立方体晶面的硬度，因此在钻石加工中可用钻石研磨钻石。

钻石具有很强的抗磨性能，摩擦系数小，其抗磨能力是刚玉的90倍。这种特性使钻石能高度抛光，并使每个小面边棱锐利、挺直。但值得注意的是，钻石虽硬，但常显脆性，在外力冲击作用下很容易破碎。

3.密度

钻石的密度为3.52(±0.01)g/cm3，因钻石成分单一，并且纯度较高，所以钻石的密度相对很稳定。

五、钻石的内含物

钻石的内含物主要有浅色至深色矿物包体、云状物、点状包体、羽状纹和生长纹。矿物包裹体主要是钻石、橄榄石、辉石、石榴子石、锆石、刚玉、黑色石墨、暗色的赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿、硫化物等。云状物由云雾状白色或灰色包体组成，羽状体则包括开放式裂隙和隐蔽式裂隙两种裂隙类型。此外，钻石中还可见生长纹和解理等特征。

六、钻石的电学性质和热学性质

1.电学性质

Ⅰ型和Ⅱa型钻石是绝缘体，室温下电阻率为1014～1015Ω·cm。通常情况下，Ⅱb型钻石因含硼而电阻率降低，为25～108Ω·cm，为P型半导体，钻石半导体的电阻值随温度变化特别灵敏，甚至连很微小的变化(0.0024℃±)都能在瞬间被记录下来，这一特点被广泛应用于真空仪器和精密测温的仪器中。

2.热学性质

(1)导热性：钻石具有很高的导热率，且导热率与含氮量有关。若300°K下其导热率为铜的3倍，则其含氮量＜300×10-6。Ⅰa型钻石的含氮量多高于此值，故不宜作散热元件。Ⅰb和Ⅱ型钻石含氮量低，均具有很高的导热率，适于作散热元件。其中Ⅱa型钻石的导热率最好，约比铜高6倍，在190℃则升至30倍左右。

根据钻石的高导热率，宝石鉴定中可用钻石笔(热导仪)鉴定钻石和其仿制品；若简单地对着样品哈气，如果是钻石，则表面上的那层雾气比仿制品要消失得快，这是因为钻石传热快，钻石提供的热量让水膜迅速蒸发的缘故。

(2)热膨胀性：钻石的热膨胀性非常低，温度的突然变化对钻石的影响很小，但若钻石中有裂隙或含有热膨胀性大于钻石的包裹体时，温度的突变可能使钻石发生破裂。

(3)可燃性：高温下钻石可燃，燃点在空气中为850～1000℃，钻石在氧中加热到650℃时，即缓慢燃烧而变为气体二氧化碳。燃点和钻石与空气的接触面及增温率有关，一般小颗粒钻石比大颗粒钻石易燃。激光打孔就是利用该原理在很小区域内提供集中的热量，使空气中的氧将钻石中的暗色物质烧掉。在绝氧并加压的真空条件下，钻石加热到1800℃，可转变成石墨。

3.其他性质

(1)表面性质：钻石表面具有亲油性和疏水性。由于钻石由非极性的碳原子组成，对水的H+和(OH)-不产生吸附作用，即水对钻石不产生极化作用，故钻石具有疏水性。

(2)化学稳定性：钻石对任何酸都是稳定的，甚至在高温下，酸对钻石也不显示任何作用，但在含氧盐类和金属熔体中，钻石很容易受侵蚀。