探究天然的和合成的寶石材料的比較

摘 要：寶石材料通常分為天然寶石，仿制寶石、人造寶石以及合成寶石等，其中合成寶石是從實(shí)驗(yàn)室中被人們制造出來的，它在天然寶石中有相對應(yīng)品種的寶石材料。一般而言由于物理特性的不同，很容易區(qū)分出人造寶石與天然寶石；但由于物理特性、化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)的相似，卻很難區(qū)分出天然寶石與合成寶石。鑒于此，本文主要比較分析天然和合成寶石材料的不同。

關(guān)鍵詞：天然寶石；合成寶石；材料；比較

天然和合成的寶石材料均具有相同的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)，但二者的生長環(huán)境、生長史截然不同。這方面的差異主要從二者不同的特點(diǎn)、生長缺陷形式表現(xiàn)出來。只要研究清楚二者晶體生長原理和生長條件之間的關(guān)系，生長原理與生長史之間的不同對于晶體特點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，才能更深入地了解寶石材料。下面本文主要以祖母綠、金剛石為例，比較天然寶石與合成寶石的材料。

1.天然和合成寶石固-液界面和生長機(jī)制

固-液界面通常是寶石晶體的生長場所，故了解界面結(jié)構(gòu)有助于了解晶體生長機(jī)制。若固-液界面為原子級粗糙表面，晶體則會(huì)連續(xù)性生長，此時(shí)界面順著等溫線分布，所以界面是彎曲的，由此可以預(yù)測出彎彎曲曲的生產(chǎn)條帶或者色帶。但若界面是原子級平滑表面，可能由二維形成螺旋生長機(jī)制，進(jìn)行逐層生長，此時(shí)晶體會(huì)議結(jié)晶學(xué)面為界限，長生直線平行生長條帶或者色帶。同時(shí)界面的粗糙程度是固-液相互作用能、固-固結(jié)合能，以及液-液、生長溫度等之間的化學(xué)勢差與結(jié)晶方向的函數(shù)。其在不一樣相的晶體生長與條件下截然不同[1]。

按照生長晶體的形態(tài)將其生長分為：固態(tài)結(jié)晶作用，液-固結(jié)晶作用隨后分成熔體相生長，汽相生產(chǎn)等，對于寶石材料而言，汽相生長可能是最重要的狀態(tài)。天然寶石的結(jié)晶多數(shù)在溶液相晶體上生長，而在巖漿熱液等條件下受到結(jié)晶作用的影響，溶液相晶體開始生長，其若不是高溫溶液，則是水溶液。在交代與變質(zhì)作用情況下晶體生長主要是溶液的生長。而天然汽相中結(jié)晶效果和溶液生長非常相似，可以將天然結(jié)晶作用當(dāng)作溶液相生長。依據(jù)晶出相區(qū)分寶石材料類型如下表1所示。

2.表明微形狀面貌

比較分析天然祖母綠和助溶劑法、水熱形成的祖母綠晶體表層微型面貌，以及天然金剛石和合成金剛石的表面微型面貌。

（1）天然祖母綠形狀非常不規(guī)則，具有較寬的臺(tái)階間隔，復(fù)合螺旋狀的生長形態(tài)，因混入生長晶體雜質(zhì)而導(dǎo)致形態(tài)不規(guī)則，較寬的臺(tái)階間隔主要是因生長速度過慢引起的，以此推理其溶液過飽和度較低。而水熱狀態(tài)下生長的祖母綠臺(tái)階間隔窄，是規(guī)則的六邊形螺旋，雖然水熱環(huán)境中生長的晶體主要在和水溶液中形成，其水熱合成的祖母綠晶體螺旋狀特點(diǎn)說明了，其比天然祖母綠的生長速度快，化學(xué)環(huán)境相對單純。如果采用助溶劑方法生長的祖母綠產(chǎn)生很多圓錐體生長丘，在高倍鏡下，生長丘主要是由間隔較窄的螺旋臺(tái)階組成，臺(tái)階間隔和臺(tái)階高度之間的比例較小。在助溶劑生長環(huán)境下的祖母綠有相當(dāng)高的生長速度，并且隨著生長溫度的不斷提高，螺旋多角度性會(huì)越來越低[2]。比較分析水熱生長環(huán)境下同一種祖母綠晶體的不同晶體表現(xiàn)微型面貌可知，即便是在同等條件下生長的晶體，從形態(tài)學(xué)角度看則顯示出很多多角螺旋，且臺(tái)階間隔很寬。

（2）比較天然的與合成的金剛石八面體面可知，天然的金剛石多數(shù)從西伯利亞那邊采集，其表面會(huì)有三角形形狀的生長錐，借助X射線觀察其面貌可知，其生長錐主要由高度較低的生長層組成，在生長螺旋處結(jié)束。通過觀察表面微形貌可知，天然金剛石主要從較低的飽和度溶液相中生長；而合成金剛石恰恰相反，其表面呈現(xiàn)出樹枝圖案，并且磨料級金剛石和寶石級金剛石都是如此，但寶石級合成金剛石的樹枝狀圖案更加平直、規(guī)則，說明其生長速度很慢[3]。

（3）天然與合成的祖母綠、金剛石通過X射線形貌發(fā)現(xiàn)，二者之間存在顯著性差異，但研究晶格數(shù)量級尺度可知，除卻部分小規(guī)模平面缺陷之外，二者本質(zhì)無明顯不同。用高分辨率的電子顯微鏡比較天然與合成的祖母綠晶格象可清晰地看出這一點(diǎn)。總的來說，天然的與合成的寶石之間的不同，只有通過檢測受晶體生長影響的特點(diǎn)才能得以體現(xiàn)。

3.結(jié)束語

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，現(xiàn)代人們生活水平的不斷提高，其對于寶石的需求量越來越大。并且現(xiàn)階段珠寶界的專家們對于晶體材料的合成研究有了較大進(jìn)步，這有利于更多符合寶石條件的新材料產(chǎn)生。隨著人工合成寶石材料范圍的擴(kuò)展，從事合成寶石研究的人員越來越多，區(qū)分天然的與合成寶石材料的手段將越來越多。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sunagawa，曹俊臣.天然的和合成的寶石材料的比較[J].地質(zhì)地球化學(xué) ， 1983，3（05）：99-101.

[2]巫翔，秦善.以假亂真的人工寶石[J].知識(shí)就是力量，2001，3（07）：106-108.

[3]沈才卿.人工合成寶石的價(jià)值與價(jià)格[J].珠寶科技，2000，5（04）：118-119.

作者簡介：秦宏宇（1970.10-），漢族，河南許昌人，講師，碩士，研究方向：從事地質(zhì)、寶石材料方面研究。