Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов
Исследованы механизмы формирования окраски алмазов, обусловленной поглощением света основными примесными дефектами, оптически активными в видимой области. Получены аналитические зависимости основного цветового тона и насыщенности цвета алмаза от относительного содержания каждого из дефектов. Проведе...
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20733 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов / Ю.А. Клюев, А.М. Налётов // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 61-66. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859739304662663168 |
|---|---|
| author | Клюев, Ю.А. Налётов, А.М. |
| author_facet | Клюев, Ю.А. Налётов, А.М. |
| citation_txt | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов / Ю.А. Клюев, А.М. Налётов // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 61-66. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Исследованы механизмы формирования окраски алмазов, обусловленной поглощением света основными примесными дефектами, оптически активными в видимой области. Получены аналитические зависимости основного цветового тона и насыщенности цвета алмаза от относительного содержания каждого из дефектов. Проведен сравнительный анализ эффективности влияния исследованных центров на окраску алмазов.
|
| first_indexed | 2025-12-01T16:02:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 4 61
УДК 531.651:(546.26+666.233)
Ю. А. Клюев, А. М. Налётов (г. Москва)
Влияние некоторых центров окраски на цвет
природных и синтетических алмазов
Исследованы механизмы формирования окраски алмазов, обу-
словленной поглощением света основными примесными дефектами, оптически
активными в видимой области. Получены аналитические зависимости основного
цветового тона и насыщенности цвета алмаза от относительного содержания
каждого из дефектов. Проведен сравнительный анализ эффективности влияния
исследованных центров на окраску алмазов.
Ключевые слова: цвет, спектры поглощения, центры окраски,
оптические дефекты.
Цвет является одной из главных характеристик алмаза, по-
скольку не только определяет его стоимость как драгоценного камня, но связан
с целым рядом физических свойств кристалла. Экспертная визуальная оценка
цвета алмазов практически всегда субъективна и неоднозначна, так как в зна-
чительной мере зависит от качества применяемой коллекции алмазов-эталонов
цвета. Использование такой коллекции неизбежно из-за практически полного
отсутствия у человека цветовой памяти и ряда других факторов, влияющих на
восприятие цвета (размеров и качества камня, освещения, хроматических по-
терь света на несовершенствах поверхностей граней, полосах скольжения
внутри кристаллов, микродефектах и полях напряжений и т. д.).
Поэтому количественное измерение цвета алмаза по спектрам поглощения
в видимой области, при котором большинство из вышеперечисленных до-
полнительных факторов могут быть устранены, представляет особый инте-
рес. Это позволяет решить ряд таких проблем, как объективный контроль и
подбор эталонов цвета, количественное измерение кинетики процессов изме-
нения цвета при различных воздействиях на структуру алмаза, выявление
влияния на цвет отдельных оптически активных дефектов, т. е. установление
физического механизма формирования цвета в алмазах.
Использование методики, разработанной нами [1] на базе колориметриче-
ской системы МКО-31 [2], позволило провести измерение цвета на большом
количестве природных, синтетических алмазов и других драгоценных кам-
нях. Методика позволяет измерять координаты цвета кристаллов (X, Y) и на
их основе рассчитывать λo, нм — основной цветовой тон (цвет кристалла);
S, % — насыщенность цвета (в процентах от максимально возможной при
данной λo); Pr, % — интегральную прозрачность кристаллов (определяет
принадлежность алмаза к желтому или коричневому цветовому ряду).
В результате исследования более 2000 природных и синтетических алма-
зов разных размеров, часть из которых была аттестована по окраске экспер-
тами в соответствии с классификатором алмазного сырья, установлено, что
цвет большинства из них варьируется в пределах от λo = 570 нм (желтый) до
λo = 580 нм (желто-оранжевый), а насыщенность цвета S ювелирного сырья
не превышает 15 %.
© Ю. А. КЛЮЕВ, А. М. НАЛЁТОВ, 2008
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 62
Анализ спектров поглощения показал, что на окраску алмазов чаще всего
одновременно влияют несколько факторов. Большинство из них связано со
спектральными проявлениями различных структурных дефектов азота —
доминирующей примеси в алмазах и комплексов азота с собственными де-
фектами алмаза — вакансиями, дислокациями и т. д. [3—5].
На основе этих представлений в настоящей работе была поставлена задача
— установить количественные закономерности влияния на цвет алмаза наи-
более оптически активных в видимой области примесных дефектов. Для того
чтобы обеспечить применимость полученных результатов для алмазов любых
размеров, все данные по интенсивности полос поглощения в видимой облас-
ти приведены далее в величинах оптической плотности
D = ln(I0/I) = αλt,
где I0 — интенсивность входящего излучения, I — интенсивность прошедше-
го излучения, αλ — коэффициент поглощения на длине волны λ, t — оптиче-
ская толщина кристалла.
Влияние на окраску алмазов С-центров (одиночные парамагнитные заме-
щающие атомы примеси азота) исследовали на синтетических кристаллах как
с различной исходной концентрацией примеси азота, так и в процессе транс-
формации С-центров в агрегаты азотных атомов (А-центры) при термообра-
ботке алмазов под высоким давлением.
Концентрацию С-центров оценивали по интенсивности головной полосы
этой системы поглощения в инфракрасных спектрах алмазов αс (1135 см–1),
которую в случае присутствия А-центров разделяли с А-системой поглощения
по методике [3]. Результаты этих измерений приведены на рис. 1 в виде зави-
симости насыщенности цвета и основного цветового тона алмазов от интен-
сивности полосы 1135 см–1, так как коэффициенты перехода от этой величи-
ны к концентрации С-центров по различным данным [3, 5] несколько отли-
чаются.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 2 4 6 8 10
S, %
571
572
573
574
575
576
577
578
579
λ
o
, нм
α
1135
, см–1
Рис. 1. Влияние С-центров на цвет синтетических алмазов (S — ○, λo — ▲).
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 4 63
Как видно из этих данных, насыщенность цвета алмазов очень резко воз-
растает с концентрацией дефектов вплоть до почти предельной окраски, а
основной цветовой тон линейно растет от светло-желтого (571 нм) до желто-
оранжевого (578 нм).
Для анализа влияния на цвет алмаза других дефектов использовали специ-
ально отобранные группы алмазов, в которых исследуемая система полос
поглощения имела доминирующее значение и могла быть надежно выделена
в “чистом” виде. Положение полос поглощения некоторых исследованных
центров окраски в спектрах алмазов показано на рис. 2.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 λ, нм
П
ро
п
ус
к
ан
и
е,
%
N3
H3
H2
GR
Рис. 2. Полосы поглощения некоторых центров, оптически активных в видимой области
спектра.
Исследование влияния на цвет алмазов Н3-центров проводили на природ-
ных кристаллах, подвергнутых кратковременным термообработкам при вы-
соком давлении. Гипотетическая модель этих дефектов — два соседних за-
мещающих углерод атома азота + вакансия (А-центр + V). Концентрацию Н3-
центров в этом случае оценивали непосредственно по оптической плотности
максимума полосы фононного повторения 480 нм, выделенного из общего
спектра алмаза. Полученная таким образом зависимость (рис. 3) показала, что
Н3-центры также весьма эффективно окрашивают алмаз. Однако основной
цветовой тон (желтый) при этом практически не изменяется и λo составляет
~ 575 нм.
Существует распространенное мнение, что весьма эффективными центра-
ми окраски алмазов могут являться N3-центры, для которых предложена мо-
дель в виде трех соседних замещающих атомов азота + вакансия. Эта система
также была выделена из общего спектра алмазов в видимой области и про-
анализировано ее влияние на цвет кристаллов. На рис. 3 приведена зависи-
мость насыщенности цвета исследованных природных алмазов от значений
оптической плотности полосы 390 нм в системе полос поглощения N3. Цве-
товой тон при этом — постоянно светло-желтый с λо = 571 нм.
Из этого рисунка хорошо видно, что на фоне других центров окраски
влияние N3-центров почти не проявляется и даже при величине пика N3 ~
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 64
12 см–1 (это близко к максимальным экспериментально наблюдавшимся зна-
чениям) насыщенность цвета алмазов не превышает 10 %.
N3, 390 нм
H2, 750 нм
550 нм
640 нм
GR, 620 нм
H3, 480 нм
0 1 2 3 4 5 6 7 D
10
20
30
40
50
60
70
S, %
Рис. 3. Влияние различных дефектов на цвет алмазов; сплошные линии — эксперимен-
тальные значения, пунктирные — расчетные данные; приведены длины волн, на которых
проводили измерения интенсивности поглощения.
Наши исследования показали (см. рис. 3), что:
— система полос вакансионного дефекта GR интенсивно окрашивает ал-
мазы в голубой цвет с изменением λо от 480 до 490 нм;
— система поглощения с λо = 640 нм, в качестве модели которой предла-
гается замещающий атом азота в соседстве с заряженной вакансией, окраши-
вает алмазы в голубой цвет (λо изменяется от 469 до 476 нм) почти так же
эффективно как GR система;
— полоса Н2, расположенная в красной области спектра (максимум
800 нм) и интерпретируемая как проявление зарядового состояния Н3-центра,
весьма слабо окрашивает алмазы в голубые тона с λо ≈ 493 нм. На рисунке
приведена зависимость насыщенности голубой окраски алмазов от интенсив-
ности полосы λ = 750 нм этой системы поглощения;
— полоса 555 нм, которую обычно связывают с дислокационными дефек-
тами, окрашивает алмазы в пурпурный цвет с дополнительной длиной волны
λо = 565 нм.
Все приведенные выше данные относятся к отдельным полосам поглоще-
ния, выделенным из спектров реальных алмазов, в которых обычно одновре-
менно присутствуют несколько различных налагающихся друг на друга сис-
тем полос, соответствующих набору дефектов в структуре каждого кристал-
ла.
Формирование суммарного цвета алмазов происходит в этом случае более
сложным образом — путем векторного суммирования эффектов от отдель-
ных центров. Прямые экспериментальные измерения цвета по исходным
спектрам кристаллов и наши расчетные результаты суммирования отдельных
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 4 65
систем поглощения при этом прекрасно совпадают, как это продемонстриро-
вано на рис. 4 для конкретных зеленых и пурпурных алмазов.
–0,03
–0,025
–0,02
–0,015
–0,01
–0,005
0
0,005
0,01
0,015
–0,006 –0,004 –0,002 0 0,002 0,004 0,006 0,008 ΔX
ΔY
Центры C, N3, H3
Полоса 550 нм
GR1,640,H2
Желтый цвет
Оранжевый цвет
Пурпурные цвета
Зеленый цвет
Голубой цвет
Рис. 4. Формирование зеленого и пурпурного цвета алмазов в результате сложения окра-
ски от нескольких дефектов.
Естественно, соответствующие комбинации концентраций всех этих де-
фектов позволяют получать различные вариации цвета: желто-зеленые, зеле-
но-голубые, красные и пурпурные различных оттенков и т. д.
Вопрос о природе коричневой окраски алмаза пока еще достоверно не вы-
яснен. Она, несомненно, связана с ахроматическими потерями света за счет
эффектов рассеяния, интерференции или дифракции. Однако чисто ахрома-
тическое поглощение может вызывать только серую окраску кристаллов.
Такая окраска наблюдается у некоторых алмазов. Формирование коричневых
тонов возможно только за счет присутствия в спектрах дополнительной цве-
товой составляющей, образующейся за счет независимых факторов или
вследствие неравномерного по λ поглощения света в видимой области спек-
тра.
При визуальном просмотре алмазов цветовая составляющая обычно от-
дельно не просматривается, а только придает серому цвету коричневые,
оливковые или другие оттенки. Однако в спектрах коричневых алмазов цве-
товая составляющая проявляется отчетливо и при расчетах показывает харак-
терный для большинства алмазов желтый и желто-оранжевый цвет различной
насыщенности. В тех случаях, когда ахроматическое поглощение удается
устранить соответствующей обработкой кристалла, цветовая составляющая
становится отчетливо видимой.
Выводы
На основе использования разработанной для алмазов методики измерения
цвета [1] исследованы механизмы формирования их окраски, обусловленной
поглощением света основными примесными дефектами, оптически активны-
ми в видимой области.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 66
Получены аналитические зависимости основного цветового тона λo и на-
сыщенности цвета S алмаза от относительного содержания каждого из дефек-
тов. Проведен сравнительный анализ эффективности влияния исследованных
центров на окраску алмазов.
Установлено, что отдельные дефекты могут самостоятельно формировать
желтый (H3, N3), желтый и оранжевый (C), голубой (GR, H2 и полоса 640 нм)
и пурпурный (полоса 555 нм) цвет алмаза, а красные и зеленые тона являются
только результатом сложения окрасок от нескольких типов дефектов.
1. Клюев Ю. А., Налетов А. М., Колчеманов Н. А. и др. Некоторые результаты измерения
цвета алмазов // Сверхтв. материалы. — 2001. — № 3. — C. 24—29.
2. Джадд Д., Вышецки Т. Цвет в науке и технике. — М.: Мир, 1978. — 590 с.
3. Бокий Г. Б., Безруков Г. Н. Клюев Ю. А. и др. Природные и синтетические алмазы. — М.:
Наука, 1986. — 220 с.
4. Zaitsev A. M. Optical properties of diamond: A data handbook. — Berlin: Springer, Verlag,
2001. — 502 p.
5. Природные алмазы России / Под ред. В. Б. Кваскова. — М.: Полярон, 1997. — 303 с.
ОАО “ВНИИАЛМАЗ” Поступила 05.12.07
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20733 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T16:02:48Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Клюев, Ю.А. Налётов, А.М. 2011-06-04T17:21:24Z 2011-06-04T17:21:24Z 2008 Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов / Ю.А. Клюев, А.М. Налётов // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 61-66. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20733 531.651:(546.26+666.233) Исследованы механизмы формирования окраски алмазов, обусловленной поглощением света основными примесными дефектами, оптически активными в видимой области. Получены аналитические зависимости основного цветового тона и насыщенности цвета алмаза от относительного содержания каждого из дефектов. Проведен сравнительный анализ эффективности влияния исследованных центров на окраску алмазов. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов Клюев, Ю.А. Налётов, А.М. Получение, структура, свойства |
| title | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| title_full | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| title_fullStr | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| title_full_unstemmed | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| title_short | Влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| title_sort | влияние некоторых центров окраски на цвет природных и синтетических алмазов |
| topic | Получение, структура, свойства |
| topic_facet | Получение, структура, свойства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20733 |
| work_keys_str_mv | AT klûevûa vliânienekotoryhcentrovokraskinacvetprirodnyhisintetičeskihalmazov AT naletovam vliânienekotoryhcentrovokraskinacvetprirodnyhisintetičeskihalmazov |