钻石的呈色机理

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　　钻石的优化处理技术是提高钻石价值的重要手段，是宝石学研究的重要课题和前沿领域。钻石人工优化处理的方法主要有辐照与加热处理、激光打孔、充填处理、覆膜处理和高温高压处理。钻石人工优化处理的主要目的是改善或改变钻石的颜色，提高钻石的净度。能带理论

 

　　能带理论是研究钻石呈色的基础理论。它认为晶体中的电子运动不是束缚于某个原子或几个原子的局部之间的跃迁，而是扩散到整个晶体中的运动。每个电子的运动不是定域的，而是相互独立，并在晶体内部的一个三维空间的周期性势场中运动。在晶体的周期性晶格势场中，原子间总是趋向于形成配位数高、能充分利用空间、使体系的势能尽可能降低的最紧密堆积，各原子的原子轨道之间有一定的重叠，电子运动时的能量限制在一定区域内，电子运动所允许的能量区域称为能带。相邻原子间有价电子的原子轨道(价轨道)之间的重叠可以形成具有一定能级宽度的能带，其能量要低于单原子相应的原子轨道能量。下面以固体锂为例，说明能带的形成及与能带有关的基本概念。

 

　　根据成键三原则，锂原子轨道的Is、2s、2p原子轨道组成三个能带。由于孤立锂原子Is和2s轨道能量相差很大，所以锂晶体的Is能带与2s能带之间也有很大的间隙，这间隙即为禁带;Is轨道是填满电子的，故Is能带称为满带。2s轨道中仅有一个电子，故2s能带中仅在能量较低的那一半能级上填有电子，这种未被电子完全充满的能带称为导带;2p能带是全空的，称为空带。因为孤立锂原子的2s和2p轨道能量相差不大，当有1 0"个锂原子的2s轨道和2p轨道重叠分别组成2s能带和2p能带时，2s能带中的反键轨道高于孤立原子的2s轨道，2p能带中的成键轨道低于孤立原子的2p轨道，结果2s能带和2p能带部分重叠，称为叠带或重带。叠带也有满带、导带和空带之分。

 

　　在上述能带中凡是填有价电子的能带又称为价带。价带与其毗邻的空带及两者之间的禁带是晶体能带中最重要的部分。价带中电子的填充情况(满或缺)，决定了该晶体中电子的活跃程度，是晶体能否导电的根本原因。禁带的能量大小决定了价带与空带间电子跃迁的难易程度，是晶体呈色的主要原因。若带隙能的能量值正好与可见光的能量范围一致，则处于晶体价带中的电子，就可选择性吸收可见光的能量，产生电子跃迂，则晶体就会产生颜色。

 

　　一些宝石矿物含有周期表的第四列元素，这些元素以共价键(共用电子)为主，化合价为4。例如:金刚石(C)、碳化硅(SiC)、硫镉矿(CdS)等。它们的颜色可以用能带理论解释。在这些矿物中，电子接受光能在价带和导带之间运动，形成"内带跃迁''。这种跃迁的可能性与价带和导带之间的能量差(带隙能Eg)密切相关。带隙能不同，宝石的颜色不同。