Chameleon钻石与其相似黄色钻石光谱学特征的对比分析及颜色成因

李育洁, 宋中华, 韩冬, 许颖倩, 刘厚祥

李育洁,宋中华,韩冬,等. Chameleon钻石与其相似黄色钻石光谱学特征的对比分析及颜色成因[J]. 岩矿测试,2023,42(3):491−501. DOI: 10.15898/j.ykcs.202206020111
引用本文: 李育洁,宋中华,韩冬,等. Chameleon钻石与其相似黄色钻石光谱学特征的对比分析及颜色成因[J]. 岩矿测试,2023,42(3):491−501. DOI: 10.15898/j.ykcs.202206020111
LI Yujie,SONG Zhonghua,HAN Dong,et al. Comparative Analysis of Spectral Characteristics and Color Origin of Chameleon Diamond and Similar Yellow Diamond[J]. Rock and Mineral Analysis,2023,42(3):491−501. DOI: 10.15898/j.ykcs.202206020111
Citation: LI Yujie,SONG Zhonghua,HAN Dong,et al. Comparative Analysis of Spectral Characteristics and Color Origin of Chameleon Diamond and Similar Yellow Diamond[J]. Rock and Mineral Analysis,2023,42(3):491−501. DOI: 10.15898/j.ykcs.202206020111

Chameleon钻石与其相似黄色钻石光谱学特征的对比分析及颜色成因

基金项目: 国家自然科学基金项目(42073008); 国家珠宝玉石质量检验检测中心科研基金项目(NGTC20210100)
详细信息
    作者简介:

    李育洁,硕士,工程师,主要从事珠宝玉石鉴定及合成和处理钻石研究。 E-mail:1053574434@qq.com

    通讯作者:

    宋中华,硕士,高级工程师,研究方向为珠宝鉴定、天然、合成和处理钻石的研究及鉴定。E-mail:songzh@ngtc.com.cn

  • 中图分类号: P585;P575.4

Comparative Analysis of Spectral Characteristics and Color Origin of Chameleon Diamond and Similar Yellow Diamond

  • 摘要:

    Chameleon钻石(俗称“变色龙钻石”)是一种具有光致变色和热致变色现象的彩色钻石,在受热后或长时间在暗室中会由黄绿色变为黄色,在实际工作中发现与Chameleon钻石颜色相似的黄色钻石并不具有此类“变色”现象。为了研究Chameleon钻石与相似黄色钻石的差异,并进一步探究产生光致变色和热致变色现象的原因,本文选取Chameleon钻石和与其颜色相似的黄色钻石作为研究对象,进行加热实验,观察加热前后钻石颜色、紫外可见光吸收光谱的变化情况,探寻导致热致变色的原因,并对样品的红外吸收光谱及光致发光光谱特征进行详细分析与比较。结果表明:Chameleon钻石受热后由黄绿色变为黄色,在超短波紫外线下显示绿色荧光和磷光,相似黄色钻石样品无磷光及变色现象;所有样品均有从紫外光至510nm逐渐减弱的连续吸收和480nm吸收宽带,Chameleon钻石具650~800nm吸收宽带,相似黄色钻石无该吸收带,加热后吸收带消失是其产生热致变色的主要原因;进一步对样品的缺陷类型进行对比分析,Chameleon钻石红外光谱可见孤氮特征及与片晶无关的1430cm−1宽吸收带,该峰未在相似黄色钻石中出现,但产生该吸收的原因未知,仍需进一步研究,此外与Chameleon钻石相比,相似黄色钻石中氮杂质的聚合程度更高;Chameleon钻石及相似黄色钻石表现出以700nm为中心的特征发光带,此外Chameleon钻石还可检测到H3等与N-V相关缺陷及489、883、884nm等与Ni-N相关缺陷产生的发光峰。综合以上光谱学特征对比分析可知,Chameleon钻石存在与A型氮、孤氮、镍杂质及氢杂质有关的某种缺陷结构,与相似黄色钻石的光谱特征具有明显差异。本次研究对探明Chameleon钻石具热致变色现象的根本原因具有参考意义。

  • 钻石中含有大量的杂质元素,如氮、氢、镍、硅等,不同杂质元素及其相互组合形成钻石中各类缺陷色心,缺陷色心吸收不同波段的可见光,从而导致钻石产生不同颜色[1],除了丰富多彩的颜色,极少部分钻石还具有光致变色和热致变色现象,即Chameleon钻石(俗称“变色龙钻石”)。Chameleon钻石的光致变色和热致变色现象(以下简称“变色现象”)与其他宝石(如变石等)具有的,在不同光源下表现出不同颜色的现象不同,将Chameleon钻石长时间放置在暗室中或加热钻石,可由黄绿色变为黄色,当钻石冷却后恢复原来颜色。除了本文研究的Chameleon钻石之外,含高浓度Si杂质的CVD合成钻石[2]、部分粉色钻石[3]等也具有光致变色现象,这是由于钻石受光照后缺陷色心发生改变,从而导致颜色发生变化。

    前人对于Chameleon钻石的研究主要集中在光谱特征,通过大量样品的测试,总结出Chameleon钻石的宝石学及光谱学特征,并对其变色现象的原因进行探索。Hainschwang等[4]将Chameleon钻石进一步划分为“Classic Chameleon”钻石和“Reverse Chameleon”钻石,其共同特征为在短波紫外线下具有弱到中等的黄色磷光,钻石类型为IaAB型,即钻石中氮杂质以A型氮和B型氮为主,具有较强的与氢相关缺陷,两种Chameleon钻石中A型氮和B型氮的相对含量明显不同,紫外可见光吸收特征亦不相同,绿色“Classic Chameleon”具有415nm吸收峰(N3心)及480nm和775~825nm宽吸收带,“Reverse Chameleon”则具有415、478nm吸收峰(N3、N2心)及750~800nm宽吸收带,两种Chameleon钻石均具有镍杂质相关缺陷及与480nm缺陷相关的特征发光峰。蒙宇飞等[5]对Chameleon钻石进行扫描电镜能谱、X射线荧光光谱等谱学研究,发现钻石晶格中含有镍、钴杂质,产生变色的原因主要为浅色心的产生与湮灭;Fritsch等[6-7]总结了Chameleon钻石的特征,包括持久的黄色磷光,具有480nm吸收带,氮杂质以A型氮为主等,并首次提出一个模型试图解释Chameleon钻石的热致变色和光致变色现象,推测变色现象很可能与钻石中的氮-氢杂质缺陷有关;Ardon等[8]发现了一粒绿色Chameleon钻石具有与镍杂质相关的吸收峰,再次证明了Chameleon钻石中含有镍杂质。前人研究发现的Chameleon钻石特征在少数黄色钻石中也同样具备,Breeding等[9]在研究480nm缺陷致色的天然黄色钻石发现,其在短波紫外线下具黄色荧光和磷光,氮含量较低,具有较强的氢、镍杂质相关缺陷等特征,但其并无明显的变色现象。

    为了研究Chameleon钻石与相似黄色钻石的异同点,进一步探索Chameleon钻石具有变色现象的原因,本文收集了2粒Chameleon钻石及与其相似的4粒黄色钻石样品,通过宝石显微镜观察加热前后样品颜色的变化,通过DiamondViewTM观察样品在超短波紫外线下的荧光、磷光特征及生长结构,通过对比加热前后样品紫外可见光吸收光谱的变化情况,分析Chameleon钻石与相似黄色钻石吸收光谱的差异,探究产生变色现象的原因,同时通过红外光谱及光致发光光谱分析Chameleon钻石与相似黄色钻石中的杂质元素及缺陷类型的差异,旨在对产生变色现象的缺陷结构有更深一步的认识。

    本次研究样品为6粒天然黄色钻石,包括:Chameleon钻石样品2粒,编号为ChaD1、ChaD2;相似黄色钻石样品4粒,编号为YD1~YD4。6粒样品均为水滴形刻面,质量为0.13~0.18ct,由珠宝公司借用,产地来源未知,本次研究样品数量有限,测试数据结果不能涵盖所有Chameleon钻石及其他黄色钻石。为了观察热致变色现象,分别对6粒样品进行加热,加热温度约400℃,加热时间约1min。

    本次研究主要采用宝石显微镜、荧光灯、DiamondViewTM、紫外可见光吸收光谱仪、红外光谱仪、激光拉曼光谱仪对样品进行测试,测试内容、条件及仪器型号如下。

    分别采用顶部照明和散射照明的方法对样品内部特征及颜色分布状态进行观察,放大倍数为10~40倍。

    使用普通荧光灯,观察样品在长波(365nm)和短波(254nm)下的荧光及磷光特征。

    超短波紫外光源下(<220nm)观察钻石样品的荧光、磷光特征及生长结构,该仪器由Diamond Trading Company (DTC)公司生产。测试条件为室温,能量50%,光圈大小90%。

    采集钻石样品在紫外光可见光范围内的吸收特征,分析钻石样品的致色原因。采用广州标旗公司生产的Gem 3000紫外可见光光纤光谱仪,在加热前后采集样品光谱,采集范围为300~1000nm。

    测试钻石样品的红外光谱,分析钻石类型及杂质元素。采用美国 ThermoFisher公司制造的Nicolet iZ10傅里叶变换红外光谱仪和6×Beamcondensor红外漫反射附件对样品进行透射扫描,光谱采集范围为400~4000cm−1,分辨率为2cm−1,扫描次数为256次。

    采集样品的光致发光光谱(PL光谱),分析样品中微量杂质元素及缺陷类型。采用英国Renishaw公司制造的InVia型激光拉曼光谱仪,分别用473nm、532nm、830nm激光器在液氮温度下对样品进行测试,得到PL光谱。

    通过宝石显微镜观察,样品ChaD1、ChaD2、YD3、YD4内可见暗色包体,YD1、YD2内部洁净。6粒钻石样品颜色分布均匀,未见沿八面体滑移面分布,由塑性变形导致的褐色色带[10]。加热后ChaD1、ChaD2由黄绿色变为黄色,YD1、YD2由浅黄色变为褐黄色,而YD3、YD4颜色没有发生明显改变, YD1、YD2虽然出现了一定程度颜色深浅改变,但是根据前人对于Chameleon钻石的颜色表述[7],不能将样品YD1、YD2划分为Chameleon钻石。

    在长波紫外光源(365nm)照射下,6粒样品均表现出强黄色荧光,无磷光;在短波紫外光源(254nm)照射下,6粒样品为弱黄色荧光,无磷光。本次研究样品在长短波紫外光下表现一致,但与前人研究认为Chameleon钻石有持久的黄色磷光[5]不同,根据对本次研究样品的荧光观察可以得知,Chameleon钻石的变色现象与磷光现象并无直接联系。

    钻石日常检测中,DiamondViewTM常用于钻石生长结构的观察[11],从而帮助判断钻石天然性及钻石类型[12]。在超短波紫外光源(<220nm)激发下(图1),6粒样品整体为绿色荧光,局部可见蓝色生长环带、亮绿色滑移线及荧光惰性区域,该特征与由480nm缺陷致色的黄色钻石[9]及镍杂质导致绿色钻石的发光图像相似[13],蓝色荧光由N3缺陷发光产生[14], 而H3及镍杂质相关缺陷都可以产生绿色荧光[9,13],因此仍需进一步进行光谱学测试。关闭光源后样品ChaD1、ChaD2为中等强度的绿色磷光, YD1、YD2为弱绿色磷光, YD3、YD4无磷光现象。

    图  1  Chameleon钻石及相似黄色钻石样品加热前后颜色变化及在DiamondViewTM下的发光图像
    Figure  1.  Color change of chameleon diamond and similar yellow diamond samples before and after heating and luminescence images by ultra-violet light of DiamondViewTM. After heating, the chameleon diamonds showed obvious change, while the similar yellow diamond did not. Under ultra-violet light of DiamondViewTM, all samples showed green fluorescence, the chameleon diamond showed green phosphorescence, while sectional yellow diamond samples were phosphorescent inertia.

    选取样品ChaD1、YD1和 YD3分别代表Chameleon钻石、具轻微变色黄色钻石及不具变色现象黄色钻石,进行后续光谱学测试。紫外可见吸收光谱可以解释钻石的致色原因,天然黄色钻石主要致色原因有:孤氮中心致色,钻石中少量的取代单氮在270nm处产生极强吸收,该吸收可以延伸到可见光范围内,形成从紫外光至510nm逐渐减弱的连续吸收[15],产生鲜艳的黄色;N3、N2缺陷致色,被称为“Cape”型钻石,N3由3个氮原子和1个空穴组成,零声子线位于415nm,N2常伴随N3出现,产生478nm处的吸收峰,其组合使钻石吸收蓝紫区可见光,使钻石呈现黄色[16];H3缺陷致色,H3缺陷由2个氮原子和一个空穴组成,H3的存在说明钻石经历过高温,常见于辐照退火处理和高温高压处理黄绿色钻石[17],天然黄色钻石中亦可见H3缺陷,但其强度比处理钻石弱得多,且常伴随550nm宽带,使钻石常呈褐黄色[9];480nm宽带吸收常见于天然Ib-Ia型褐黄色钻石中,其缺陷结构未知,前人推断与晶格中氧原子有关[18],处理钻石中未见。为了探究Chameleon钻石和相似黄色钻石的致色机理及颜色变化的原因,将3个样品及每个样品加热前后的紫外可见光吸收光谱进行对比分析。

    样品ChaD1、YD1和 YD3加热前紫外可见光吸收光谱(图2a)表明,3个样品均具550~400nm连续吸收增强的孤氮特征吸收,并叠加480nm吸收带。ChaD1还可见明显650~800nm宽吸收带,结合孤氮特征吸收及480nm宽带,在520~600nm附近产生透过窗,使ChaD1呈现黄绿色。YD3除480nm宽带,还可见延伸到650nm附近连续吸收,使YD3呈现褐黄色,由钻石晶格塑性变形导致的从近红外到紫外光逐渐增加的连续吸收是钻石产生褐色的主要原因之一[19]。YD1则为黄色,不带有其他色调。根据加热前样品紫外可见光吸收光谱可知,所有样品均无与处理有关的503.2、595、741、986nm等吸收峰,且480nm吸收带从未出现在处理钻石中,可以确定本次样品颜色为天然成因。

    图  2  样品ChaD1、YD1和 YD3紫外可见光吸收特征
    a—样品ChaD1、YD1和 YD3加热前后紫外可见光吸收特征对比; b—样品ChaD1加热前后紫外可见光吸收特征对比; c—样品YD1加热前后紫外可见光吸收特征对比; d—样品YD3加热前后紫外可见光吸收特征对比。
    Figure  2.  UV-Vis absorption characteristics of ChaD1, YD1 and YD3 samples. a: Prior to heating, the samples have C defect absorption continuum and 480nm absorption band. In addition, the chameleon diamond has 650-800nm band. b: After heating the chameleon diamond ChaD1, the 650-800nm band disappeared, and the 480nm band significantly weakened. c and d: The change of similar yellow diamond sample was not obvious before and after heating.

    样品ChaD1加热前后紫外可见光吸收变化较大(图2b),加热后480nm吸收带和650~800nm吸收带几乎完全消失,400~550nm连续吸收明显增强,钻石颜色也因此改变,加热后由黄绿色变为黄色。样品YD1加热前后紫外可见光吸收有轻微改变(图2c),480nm吸收带减弱,原本400~550nm连续吸收延伸到600nm附近,因此黄色减弱,褐色调增加,由原来的浅黄色变为褐黄色。样品YD3加热前后紫外可见光吸收无明显改变(图2d),钻石颜色无变化。

    根据3个样品加热前后紫外可见光吸收光谱对比后可知,虽然样品均存在480nm缺陷,但其480nm缺陷的热稳定性明显不同,在样品ChaD1加热后480nm完全消失,YD1加热后有轻微减弱,而在YD3加热后480nm无变化,导致480nm缺陷热稳定性不同的原因仍需进一步研究。Fritsch 等[6]为解释Chameleon钻石的变色现象,提出了一种可能的电子跃迁模型,当钻石在暗室中缺陷中心能量最低(即基态),此时钻石为黄色,黄色为稳定态的颜色,当钻石曝露在可见光下,电子受到激发吸收能量,跃迁至激发态(Ea),随后电子很快落入势阱并被捕获(Eb),此时钻石为亚稳态的绿色。当势阱深度(Eb-Ea)远大于热活化能(kBT)时,电子跳出势阱的概率极低,在室温下,电子保持在亚稳定状态,此时钻石呈绿色。当加热钻石,电子热活化能升高,从势阱中逃逸落回基态,钻石则恢复成黄色,利用该模型结合本次研究样品,样品ChaD1在常温下呈黄绿色,为其亚稳态,出现650~800nm吸收带。当受热后,电子热活化能升高,从势阱中逃逸落回基态,其650~800nm吸收带消失,钻石呈现黄色。

    红外光谱不仅可以用来区分钻石类型,还可以对其内部杂质元素(如氮、氢等)的存在形态及含量有明确的指示[20]。对光谱进行归一化后对比可以发现(图3a),样品ChaD1、YD1和 YD3在一声子区(400~1500cm−1)范围内具A型氮吸收峰(1282cm−1)、B型氮吸收峰(1175cm−1、1010cm−1),表明3个样品均为IaA/B型钻石[21] ,并且A型氮强于B型氮, ChaD1中B型氮的吸收峰最弱,1010cm−1吸收峰几乎不可见。ChaD1、YD1总氮含量较低, YD3总氮含量要明显高于ChaD1、YD1。此外YD3还具有明显片晶峰(1365cm−1),YD1中片晶峰较弱,而ChaD1则未见片晶峰,ChaD1中可见明显1430cm−1吸收峰(图3b),其半峰宽较大,峰形不对称,不同于Cape型钻石中与片晶峰(吸收峰位于1358~1378cm−1之间)有关的1430cm−1吸收峰[22-23],后者吸收较强且半峰宽较小,ChaD1中无片晶峰吸收,则进一步证明此处1430cm−1吸收峰与片晶峰无关。ChaD1和YD1中还具1240、1545、1577cm−1吸收峰,常见于480nm缺陷致色的褐黄色钻石中[24],1240cm−1吸收峰的结构未知,是Ib型钻石特征指示[25],与其紫外可见光吸收特征一致。

    图  3  样品ChaD1、YD1和 YD3红外光谱吸收特征
    a—样品ChaD1、YD1、YD3红外光谱特征; b—样品ChaD1、YD1、YD3一声子区红外吸收特征; c—样品ChaD1、YD1、YD3中与氢杂质相关缺陷吸收特征。
    Figure  3.  The FTIR spectra of tested samples ChaD1, YD1 and YD3. a: ChaD1, YD1 and YD3 are all type Ia diamonds, the nitrogen concentration of similar yellow diamonds is significantly higher than that of chameleon diamonds. b: Chameleon diamond has the 1430cm−1 absorption, which has a different origin from the platelet-related 1430cm−1 feature. In addition, the similar yellow diamond has obvious aggregates of nitrogen absorption, while chameleon diamond shows a weak type Ib character. c: The hydrogen-related absorptions indicates chameleon diamond has a type Ib character.

    3个样品中均可见1405、3107cm−1等与氢杂质相关的缺陷,YD3中3107cm−1明显强于其他两者。3107cm−1缺陷结构为VN3H,天然、合成钻石及处理钻石中均可出现,天然钻石中3107cm−1由N3中心捕获一个氢原子形成,说明该钻石中氮杂质聚合程度较高[26],1405cm−1与3107cm−1结构相同,振动模式不同,其强度与3107cm−1呈线性关系[27]。除3107cm−1外,3000~3500cm−1范围内还可见多个与氢杂质相关的吸收峰(图3c),但ChaD1、YD1与 YD3明显不同,ChaD1、YD1具有3137、3143、3181、3187cm−1等吸收峰, 常见于含氢杂质的Ib型钻石,与孤氮和氢杂质有关。

    本次研究样品ChaD1红外光谱吸收特征与前人研究 Chameleon钻石结论大体相同[4,6-7],主要表现为氮杂质聚合程度较低,以A型氮为主,可见孤氮特征和氢杂质相关吸收,以及特征的1430cm−1宽吸收峰,根据上文分析其与片晶无关。但由于本次Chameleon钻石样品数量有限,未见Hainschwang等[4]研究中发现部分Chameleon钻石氮杂质在一声子区吸收溢出的情况。颜色及紫外可见光吸收光谱相似的黄色钻石则具有较高的氮含量,并且氮杂质的聚集程度更高,不具Ib型钻石特征。

    光致发光光谱(PL)可以更加有效地检测出钻石中一些含量极少的缺陷,甚至是ppb级含量缺陷也可轻易检测出来[28]。为了进一步研究Chameleon钻石及其相似黄色钻石中缺陷类型差异,探究Chameleon钻石具有热致变色现象的原因。在液氮温度下,使用473、532、830nm激光器分别对样品ChaD1、YD1和 YD3进行PL光谱采集,结果见图4

    图  4  样品ChaD1、YD1和 YD3的PL光谱特征
    a—532nm激光源下样品的PL光谱特征; b—473nm激光源下样品的PL光谱特征; c—830nm激光源下样品的PL光谱特征。
    Figure  4.  PL spectra of ChaD1, YD1 and YD3 samples. a. PL spectral characteristics of samples with 532nm excitation. The main feature is a broad emission band centered at about 700nm, this band consists of a dozen of peaks from 595nm to 725nm in steps of about 10nm. Additionally sharp peaks at 753, 771, 799, 818, 838, 845nm present in the chameleon diamond. b, c: PL spectral characteristics of samples with 473nm, 830nm excitation, respectively. The peaks at 503.2, 489, 883, 884nm are detected in the samples, indicating the presence of N-V and Ni-N related defects.

    532nm激光器对样品进行PL光谱采集,3个样品均表现为以700nm为中心的发光带(图4a),在595~725nm范围内,出现595、604、614、624、634、644、655、665、676、688、699、711、725nm,即每10nm一个发光带,并伴随753、771、799、818、838、845nm等尖锐发光峰,在ChaD1中更明显。Breeding等[9]在研究由480nm缺陷致色的黄色钻石发现其具有与本次研究样品相同的发光特征。含CO2的天然褐色钻石[29]也具有相同的发光峰,前人认为其与480nm缺陷中心有关。本次3个样品紫外可见光吸收光谱也均具有明显的480nm宽带,PL光谱特征与紫外可见光吸收光谱互相印证,进一步证明480nm缺陷是Chameleon钻石具有热致变色现象的要素之一。

    使用473nm激光器激发样品,钻石的发光峰位于505nm处,利用钻石发光峰对3个光谱进行归一化(图4b),3个样品均可见由A型氮与空穴组成的H3中心(503.2nm),强度较弱,与天然H3缺陷致色的黄色钻石和经辐照退火处理黄色钻石极强的H3中心明显不同[30-31],3个样品H3缺陷含量较低,只有YD1中H3较明显,YD3几乎不可见,说明样品未经过长时间自然受热过程。此外,3个样品具不同强度的489、496.5、511、799、883、884、933、948nm发光峰(图4c),为Ni-N相关缺陷产生的发光峰[32-34]。而产生890、966、982、988nm发光峰的缺陷结构未知,仍需进一步研究。根据PL光谱可知,Chameleon钻石及相似黄色钻石都含有N-V和Ni-N相关缺陷,但含量有所差异,仅根据钻石的PL光谱特征不能有效地区分Chameleon钻石。此外镍杂质为样品在超短波紫外线下发绿色荧光的主要原因。

    本次研究着重对Chameleon钻石及其相似黄色钻石的宝石学特征、紫外可见光吸收特征、红外吸收特征、光致发光特征进行对比分析。结果显示,Chameleon钻石为Ia型钻石,氮杂质聚合程度不高,具有部分Ib型钻石特征; 具有480nm及650~800nm吸收带,且热稳定性较差;含有镍、氢杂质相关缺陷。而本次Chameleon钻石特征与前人研究大致相同,根据Fritsch[7]研究认为短波下持久黄色磷光是Chameleon钻石的特征之一,但本次样品未见,由此可知磷光与变色现象无直接关系。

    通过对比分析可知,650~800nm吸收带及1430cm−1吸收峰(与片晶无关)是本次Chameleon钻石样品与其相似黄色钻石的主要差异,据此推测650~800nm吸收带及1430cm−1吸收峰与产生变色现象的原因有关。通过对比样品加热前后紫外吸收特征,可以表明480nm缺陷吸收及650~800nm吸收带是导致Chameleon钻石黄绿色体色和热致变色现象的主要原因。虽然相似黄色钻石样品也具480nm缺陷,但其与Chameleon钻石中480nm缺陷的热稳定性不同,导致这一现象的原因未知,仍需进行后续开展研究。

  • 图  1   Chameleon钻石及相似黄色钻石样品加热前后颜色变化及在DiamondViewTM下的发光图像

    Figure  1.   Color change of chameleon diamond and similar yellow diamond samples before and after heating and luminescence images by ultra-violet light of DiamondViewTM. After heating, the chameleon diamonds showed obvious change, while the similar yellow diamond did not. Under ultra-violet light of DiamondViewTM, all samples showed green fluorescence, the chameleon diamond showed green phosphorescence, while sectional yellow diamond samples were phosphorescent inertia.

    图  2   样品ChaD1、YD1和 YD3紫外可见光吸收特征

    a—样品ChaD1、YD1和 YD3加热前后紫外可见光吸收特征对比; b—样品ChaD1加热前后紫外可见光吸收特征对比; c—样品YD1加热前后紫外可见光吸收特征对比; d—样品YD3加热前后紫外可见光吸收特征对比。

    Figure  2.   UV-Vis absorption characteristics of ChaD1, YD1 and YD3 samples. a: Prior to heating, the samples have C defect absorption continuum and 480nm absorption band. In addition, the chameleon diamond has 650-800nm band. b: After heating the chameleon diamond ChaD1, the 650-800nm band disappeared, and the 480nm band significantly weakened. c and d: The change of similar yellow diamond sample was not obvious before and after heating.

    图  3   样品ChaD1、YD1和 YD3红外光谱吸收特征

    a—样品ChaD1、YD1、YD3红外光谱特征; b—样品ChaD1、YD1、YD3一声子区红外吸收特征; c—样品ChaD1、YD1、YD3中与氢杂质相关缺陷吸收特征。

    Figure  3.   The FTIR spectra of tested samples ChaD1, YD1 and YD3. a: ChaD1, YD1 and YD3 are all type Ia diamonds, the nitrogen concentration of similar yellow diamonds is significantly higher than that of chameleon diamonds. b: Chameleon diamond has the 1430cm−1 absorption, which has a different origin from the platelet-related 1430cm−1 feature. In addition, the similar yellow diamond has obvious aggregates of nitrogen absorption, while chameleon diamond shows a weak type Ib character. c: The hydrogen-related absorptions indicates chameleon diamond has a type Ib character.

    图  4   样品ChaD1、YD1和 YD3的PL光谱特征

    a—532nm激光源下样品的PL光谱特征; b—473nm激光源下样品的PL光谱特征; c—830nm激光源下样品的PL光谱特征。

    Figure  4.   PL spectra of ChaD1, YD1 and YD3 samples. a. PL spectral characteristics of samples with 532nm excitation. The main feature is a broad emission band centered at about 700nm, this band consists of a dozen of peaks from 595nm to 725nm in steps of about 10nm. Additionally sharp peaks at 753, 771, 799, 818, 838, 845nm present in the chameleon diamond. b, c: PL spectral characteristics of samples with 473nm, 830nm excitation, respectively. The peaks at 503.2, 489, 883, 884nm are detected in the samples, indicating the presence of N-V and Ni-N related defects.

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-01
  • 修回日期:  2022-12-26
  • 录用日期:  2023-03-31
  • 网络出版日期:  2023-05-29
  • 刊出日期:  2023-06-29

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