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驗室中被人們制造出來的，它在天然寶石中有相對應品種的寶石材料。一般而言由于物理特性的不同，很容易區分出人造寶石與天然寶石；但由于物理特性、化學組成、晶體結構的相似，卻很難區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成分、晶體結構，但二者的生長環境、生長史截然不同。這方面的差異主要從二者不同的特點、生長缺陷形式表現出來。只要研究清楚二者晶體生長原理和生長條件之間的關系，生長原理與生長史之間的不同對于晶體特點會產生什么樣的影響，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-液界面和生長機制

固-液界面通常是寶石晶體的生長場所，故了解界面結構有助于了解晶體生長機制。若固-液界面為原子級粗糙表面，晶體則會連續性生長，此時界面順著等溫線分布，所以界面是彎曲的，由此可以預測出彎彎曲曲的生產條帶或者色帶。但若界面是原子級平滑表面，可能由二維形成螺旋生長機制，進行逐層生長，此時晶體會議結晶學面為界限，長生直線平行生長條帶或者色帶。同時界面的粗糙程度是固-液相互作用能、固-固結合能，以及液-液、生長溫度等之間的化學勢差與結晶方向的函數。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將其生長分為：固態結晶作用，液-固結晶作用隨后分成熔體相生長，汽相生產等，對于寶石材料而言，汽相生長可能是最重要的狀態。天然寶石的結晶多數在溶液相晶體上生長，而在巖漿熱液等條件下受到結晶作用的影響，溶液相晶體開始生長，其若不是高溫溶液，則是水溶液。在交代與變質作用情況下晶體生長主要是溶液的生長。而天然汽相中結晶效果和溶液生長非常相似，可以將天然結晶作用當作溶液相生長。依據晶出相區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則，具有較寬的臺階間隔，復合螺旋狀的生長形態，因混入生長晶體雜質而導致形態不規則，較寬的臺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。而水熱狀態下生長的祖母綠臺階間隔窄，是規則的六邊形螺旋，雖然水熱環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說明了，其比天然祖母綠的生長速度快，化學環境相對單純。如果采用助溶劑方法生長的祖母綠產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階組成，臺階間隔和臺階高度之間的比例較小。在助溶劑生長環境下的祖母綠有相當高的生長速度，并且隨著生長溫度的不斷提高，螺旋多角度性會越來越低[2]。比較分析水熱生長環境下同一種祖母綠晶體的不同晶體表現微型面貌可知，即便是在同等條件下生長的晶體，從形態學角度看則顯示出很多多角螺旋，且臺階間隔很寬。

（2）比較天然的與合成的金剛石八面體面可知，天然的金剛石多數從西伯利亞那邊采集，其表面會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射線形貌發現，二者之間存在顯著性差異，但研究晶格數量級尺度可知，除卻部分小規模平面缺陷之外，二者本質無明顯不同。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。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才能得以體現。

3.結束語

隨著時代的進步，科技的發展，現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步，這有利于更多符合寶石條件的新材料產生。隨著人工合成寶石材料范圍的擴展，從事合成寶石研究的人員越來越多，區分天然的與合成寶石材料的手段將越來越多。

參考文獻：

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

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

[3]沈才卿.人工合成寶石的價值與價格[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、寶石材料方面研究。