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钻石

　　对钻石颜色成因机理的研究，一直是宝石学研究的热点，虽然取得了实质性的进展，但对某些颜色成因的解释仍难以令人信服。钻石的颜色与钻石的类型、结构、生长历史密切相关，受多种因素的影响，极其复杂。晶体中氮杂质元素的呈色讨论

 

　　众所周知，钻石是碳原子以共价键结合而成，其中每一个碳原子都通过s p3杂道与相邻的4个碳原子形成典型的共价键基团CC4，每个碳的配位数都是4，C-C共价单键键长都是0。154 nm;两个键间的夹角都是10902 8 7，以每个碳原子为中心，与其直接键合相邻的4个C原子都形成。

 

　　在钻石中，对于每个CC4四面体基团来说，中心碳原子以4个sp3杂化轨道与4个邻近的碳原子成键，共形成4个成键分子轨道和四个反键分子轨道。来自中心碳原子的4个外层电子与来自每个邻近碳原子的一个电子(共8个电子)，正好填满这4个重叠在一起的成键轨道，形成满带，对应的4个反键分子轨道全空的，形成空带，两个能带间隔着一个较宽的禁带，禁隙能Eg>5。4eV，可见光通过时不被吸收，故纯净的钻石为无色透明。若当钻石中掺入杂质，其电子能级恰好处于禁带的位置，则使宽带隙变窄，从而改变了钻石的某些性质。

 

　　在钻石成分中总是含有或多或少的氮杂质，氮原子以类质同像取代钻石结构中的碳原子，氮原子的电子组构为1s22 s22 p3比碳原子的电子组构1 s22 S22 p2的外层电子多了一个电子，其中4个电子进入已填满价电子的价带，被共价键强烈约束，而多余的一个电子只能在带隙内形成一个杂质能级，称为氮施主能级。这个杂质能级的存在使带隙的能量降低2。2 eV。即在原宽带隙内，由多余的电子增加了一个杂质能级。只要能量大于2。2 eV的任何光量子都能把多余电子从氮施主能级激发到导带中，并由此引起紫光一蓝绿光范围内的光被吸收，其他的光被透过，从而使钻石呈现黄色，这类黄色被称为"Canary"黄，仅产生于当孤立氮原子替代碳原子的比率约为1/100000时的Ib型钻石中，合成金刚石基本为Ib型，其黄色的成因即属于这种。

 

　　钻石中的氮可以以多种形式取代碳原子的位置，从而造成不同的吸收峰。①孤氮(N心)在Ib型钻石的紫外一可见一近红外吸收光谱中显示从紫光一蓝绿光的吸收宽带及部分红光，有时可见503 nm、637 nm的吸收线，使钻石呈现黄色。②当钻石中氮杂质以聚集的形式存在，在紫外一可见一近红外吸收光谱的范围内可形成9个线系的吸收谱带，从Nl-N9线系，每个线系都有几个吸收峰，其中Nl在近红外区，N4-N9在紫外区，N2、N3线系位于可见光区，对钻石颜色的成因才有贡献。在Ia型钻石中氮以原子对的形式取代相邻碳的位置，引起晶格畸变，形成N2心;氮以三个原子围绕一个空穴组合在一起，形成N3心，它们是开普系列钻石呈色的主要原因。