钻石是碳的单晶体,但钻石晶体通常含有一些微量元素,最常见的就是氮(N)。根据碳晶体结构中有无显著数量的氮存在,可把钻石分为两种类型:TypeI型和TypeII型。但大部分的钻石是属于Type I,这个比例高达98%。
钻石的类型:
I型钻石,含作为主要杂质(可达0.2%)的氮原子。
II型钻石,不含有作为主要杂质的氮原子。或者含有非常少量的氮,这些数量的氮对物理性质无明显影响。
这两种类型可进一步细分(如下图)
一般认为,当富含杂质氮的钻石形成时,氮是以孤立氮原子分散在晶体结构中,即 I b 型。但由于温度和压力地质条件的长期作用,这些氮原子在晶体结构中运移,形成了原子对或氮原子的集合体,即I a型。
Ia 型钻石
天然钻石主要是 I a型。大多数Ia型钻石有N3色心,吸收光谱蓝端的能量,从而显示出黄色调,这些钻石通常被称为开普系列钻石。I a型中的杂质氮也是许多钻石中见到蓝色荧光的原因。
Ib 型钻石
孤氮原子在碳晶体结构中随机取代碳原子,键合中产生的多余电子导致了对蓝光的吸收并产生黄色。氮的浓度越大,黄色越深。有可能出现与开普系列(浅黄色到黄绿色)不同的较深的金黄色。常被称为“鲜”(金丝雀)黄。
具显著含量孤氮原子的天然钻石不多见,只占极小的比例。然后合成钻石通常是I b型,因为在合成过程中分散的氮原子还没有时间聚集成集合体。
II a 型钻石
II a型钻石是近乎纯净的,只含有可忽略不计的氮。只要没有分散的杂质或缺陷,这些钻石是无色的。
通常我们称Type IIa钻石为"purest of the pure",归在这一类的钻石通常为无色,清澈透亮,完全不带黄色。在大自然中Type IIa的钻石约占1 - 2%。
II b型钻石
II b型钻石含有作为主要杂质的硼元素的原子。每个硼原子比碳原子少一个电子,导致吸收较长的可见光,即光谱红端的能量,这一吸收使II b型钻石呈蓝色。因此,所有天然蓝钻都属于Type IIb的钻石。在钻石总量中Type IIb的钻石约占0.1%。
II b型钻石还显示出不寻常的电性,并可根据其半导电性加以鉴别。其他钻石为电绝缘体。
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