洛阳文旅送旅客“钻石”热搜背后:钻石的合成与改色
2024年初,哈尔滨冰雪大世界吸引了国内外众多游客,东北老铁的热情好客给众多游客留下了深刻印象,随之而来的是全国各省相互赠礼回谢热情“尔滨们”。广西砂糖橘、黑龙江的蔓越莓、四川的鱼子酱、河南的大钻石······
这些大众印象中进口货、奢侈品,如今竟成了咱们国家的“土特产”。洛阳文旅高铁站送旅客大克拉钻石的操作更惹得网友们羡慕,今天就先来聊一聊河南的钻石。
众所周知,钻石是经过一系列工艺琢磨而成的金刚石,而金刚石是一种由碳元素组成的晶体,经过地球内部高温高压的作用下形成,是一种天然矿物。纯净的钻石具有许多优异的物理化学性能,高硬度、高折射率、高热导率等性能使其广泛应用与工业切磨、宝石材料、极端环境防护等方向。但天然钻石来源于地球内部,成型与开采困难,成本高等缺点,使其无法广泛应用,因此人造金刚石应运而生。
(金刚石的晶体结构)
人造钻石是人们通过模拟天然钻石的形成条件而生产出的,其属于同一种碳元素的晶体,拥有着相同的物理化学性质,并且在折射率、透明度等方面可与天然金刚石媲美。
目前,人造钻石石有两种方式,一种是化学气相沉积工艺(CVD),在高温等离子在高温等离子的作用下,含碳气体被离解,碳原子在基底上沉积成钻石膜,其生长环境更多的是通入气体,因而难以进入杂质,纯度更高,但生长周期较长,金刚石的大小也较小。
另一种是高温高压工艺(HPHT),以石墨、金刚石粉或石墨-金刚石粉为碳源,在高温高压、金属触媒等生长环境中形成的等轴晶系晶质体,能够在较短时间内生成较大的金刚石,产量较高,但由于与金属溶媒等接触,会生成部分杂质,其纯度稍差。
(不同颜色钻石)
同时,不同颜色的钻石也具有不同的价值,天然钻石或初步合成的钻石常常呈现黄色或无色,但蓝色、粉色等更加艳丽的颜色同样深受人们喜爱。钻石颜色的产生原因,是因为有了不同的致色因子才导致了不同的颜色。
钻石的颜色常与其所含微量元素有关,例如,无其他杂质时,钻石呈现无色;含有不同含量的N元素时,会形成深浅度不同的黄色钻石;含有一定量的B元素时,会形成蓝色;红宝石和蓝宝石的化学成分是Al2O3,不含杂质时,同样呈现无色,当含有 0.9%-4%的铬(Cr)元素时一般呈现红色,当含有铁(Fe)和钛(Ti)时一般呈现蓝色。
此外,钻石的晶格缺陷、所受辐射等原因同样会改变钻石的颜色。因此如何合成一定尺寸的钻石,并形成指定颜色受到了许多人的关注。
目前钻石的合成通常在5-6Gpa与1500℃左右,并加入金属溶媒,第一次合成的钻石通常为黄色到棕色的颜色,而钻石的改色可以通过HPHT处理、辐照处理等处理技术,使钻石内部产生或修复缺陷,使钻石的颜色等级提高或形成更具吸引力的颜色,以提高钻石的价值和经济效益。
对钻石进行HPHT处理实验的研究可追溯到上世纪,许多国家开展了钻石HPHT处理实验的研究,例如,在2000 年 Reinitz 等人表示将Ⅰa 型天然棕色钻石温压条件设置为 6GPa、2100℃,可产生黄绿色-绿色的外观,且具有效率高、成本低、商业利用率大等优点。
(高温高压装置与人造金刚石)
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可以提供高压设备可以达到20Gpa、2000℃以上,能够在较长时间内实现温度与压力的自动调节,可以更精密地控制实验条件,提供稳定可靠的压力与温度实验环境,可以进行钻石的合成与改色实验、地学、材料等方面的研究。相信随着技术和工艺的发展,我国钻石的合成与改色的技术将会更加完善,满足人们的需要。
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