钻石色心形成的条件

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　　(1)宝石中要有晶格缺陷.这种缺陷的形成可以是:①宝石形成过程中物理化学条件发生变化;②存在着不等价的类质同像置换,如钻石中氮和硼对碳的置换;③外界高能离子对晶格中离子的轰击;④其他原因(如变形)造成的缺陷.

 

　　(2)要有能吸收可见光的未配对电子.晶体缺陷并不等于色心,必须有未成对的电子与之共存,二者缺一不可.色心也可用能带理论解释,晶体结构缺陷可被看成是晶体价带与空带之间的"空穴陷阱7'能级,其能量介于价带最高能级的能量及空带最低能级的能量之间,当价带中的电子受激发跃入空带后,绝大多数电子随即又返回到价带,并以热能或发光的形式释放所吸收的能量.但也有极少数电子在向价带返回时被空穴陷阱(Ea)俘获,从而形成色心.空穴能级又是由具有不同能级差的次一级能级组成.在大多数情况下,Ea能级小于空带最下部的能级(Eb).处于被空穴能级中的被俘电子吸收可见光后可以向次高能级跃迁.一旦所给予电子的能量消失,电子又回到陷阱中,这就使宝石在一定光谱范围内稳定呈色.Ea不同,对光的吸收则不同,宝石的颜色也就不同.若宝石所受激发源的能量进一步加大,达到或超过Eb时,则被俘的电子重新进入空带,并可能返回到价带,色心消失.

 

　　因此,Eb可以看成是色心能级的能垒.直观地表示了色心的形成与消失过程.首先宝石晶体具有某种俘获电子的陷阱(空穴能级),其能级在B态.A、B、C、D、E、F分别代表了不同的能级.处于基态A(价带)的电子受到外能辐照,向上跃迁到F能级(空带),随后电子返回落到一个较低的能级B,若在B和E之间存在着中间能级C、D,而且这些能级与可见光对应.那么该电子就能吸收可见光跃到C、D能级,使宝石呈色.同时在返回"陷阱''时以光的形式释放能量,产生荧光.如果给电子提供足够克服能垒的能量(如加热或高能辐照),则电子将回到它原来的位置A(价带).宝石将失去颜色或称为漂白.电子在越过能垒返回价带时会发光,此时的发光为热致发光.

 

　　宝石颜色稳定的关键因素是电子为克服能垒所需的能量值.假若这一能量值大,宝石的颜色是稳定的;若能垒很低(色心浅),室温或阳光即可克服,宝石的颜色则不稳定,也存在中间的可能性.即能垒具有让电子缓慢越过能量值,从而导致逐渐地褪色.钻石辐照改色就是依据这一原理.