探究天然的和合成的宝石材料的比较

摘 要：宝石材料通常分为天然宝石，仿制宝石、人造宝石以及合成宝石等，其中合成宝石是从实验室中被人们制造出来的，它在天然宝石中有相对应品种的宝石材料。一般而言由于物理特性的不同，很容易区分出人造宝石与天然宝石；但由于物理特性、化学组成、晶体结构的相似，却很难区分出天然宝石与合成宝石。鉴于此，本文主要比较分析天然和合成宝石材料的不同。

关键词：天然宝石；合成宝石；材料；比较

天然和合成的宝石材料均具有相同的化学成分、晶体结构，但二者的生长环境、生长史截然不同。这方面的差异主要从二者不同的特点、生长缺陷形式表现出来。只要研究清楚二者晶体生长原理和生长条件之间的关系，生长原理与生长史之间的不同对于晶体特点会产生什么样的影响，才能更深入地了解宝石材料。下面本文主要以祖母绿、金刚石为例，比较天然宝石与合成宝石的材料。

1.天然和合成宝石固-液界面和生长机制

固-液界面通常是宝石晶体的生长场所，故了解界面结构有助于了解晶体生长机制。若固-液界面为原子级粗糙表面，晶体则会连续性生长，此时界面顺着等温线分布，所以界面是弯曲的，由此可以预测出弯弯曲曲的生产条带或者色带。但若界面是原子级平滑表面，可能由二维形成螺旋生长机制，进行逐层生长，此时晶体会议结晶学面为界限，长生直线平行生长条带或者色带。同时界面的粗糙程度是固-液相互作用能、固-固结合能，以及液-液、生长温度等之间的化学势差与结晶方向的函数。其在不一样相的晶体生长与条件下截然不同[1]。

按照生长晶体的形态将其生长分为：固态结晶作用，液-固结晶作用随后分成熔体相生长，汽相生产等，对于宝石材料而言，汽相生长可能是最重要的状态。天然宝石的结晶多数在溶液相晶体上生长，而在岩浆热液等条件下受到结晶作用的影响，溶液相晶体开始生长，其若不是高温溶液，则是水溶液。在交代与变质作用情况下晶体生长主要是溶液的生长。而天然汽相中结晶效果和溶液生长非常相似，可以将天然结晶作用当作溶液相生长。依据晶出相区分宝石材料类型如下表1所示。

2.表明微形状面貌

比较分析天然祖母绿和助溶剂法、水热形成的祖母绿晶体表层微型面貌，以及天然金刚石和合成金刚石的表面微型面貌。

（1）天然祖母绿形状非常不规则，具有较宽的台阶间隔，复合螺旋状的生长形态，因混入生长晶体杂质而导致形态不规则，较宽的台阶间隔主要是因生长速度过慢引起的，以此推理其溶液过饱和度较低。而水热状态下生长的祖母绿台阶间隔窄，是规则的六边形螺旋，虽然水热环境中生长的晶体主要在和水溶液中形成，其水热合成的祖母绿晶体螺旋状特点说明了，其比天然祖母绿的生长速度快，化学环境相对单纯。如果采用助溶剂方法生长的祖母绿产生很多圆锥体生长丘，在高倍镜下，生长丘主要是由间隔较窄的螺旋台阶组成，台阶间隔和台阶高度之间的比例较小。在助溶剂生长环境下的祖母绿有相当高的生长速度，并且随着生长温度的不断提高，螺旋多角度性会越来越低[2]。比较分析水热生长环境下同一种祖母绿晶体的不同晶体表现微型面貌可知，即便是在同等条件下生长的晶体，从形态学角度看则显示出很多多角螺旋，且台阶间隔很宽。

（2）比较天然的与合成的金刚石八面体面可知，天然的金刚石多数从西伯利亚那边采集，其表面会有三角形形状的生长锥，借助X射线观察其面貌可知，其生长锥主要由高度较低的生长层组成，在生长螺旋处结束。通过观察表面微形貌可知，天然金刚石主要从较低的饱和度溶液相中生长；而合成金刚石恰恰相反，其表面呈现出树枝图案，并且磨料级金刚石和宝石级金刚石都是如此，但宝石级合成金刚石的树枝状图案更加平直、规则，说明其生长速度很慢[3]。

（3）天然与合成的祖母绿、金刚石通过X射线形貌发现，二者之间存在显著性差异，但研究晶格数量级尺度可知，除却部分小规模平面缺陷之外，二者本质无明显不同。用高分辨率的电子显微镜比较天然与合成的祖母绿晶格象可清晰地看出这一点。总的来说，天然的与合成的宝石之间的不同，只有通过检测受晶体生长影响的特点才能得以体现。

3.结束语

随着时代的进步，科技的发展，现代人们生活水平的不断提高，其对于宝石的需求量越来越大。并且现阶段珠宝界的专家们对于晶体材料的合成研究有了较大进步，这有利于更多符合宝石条件的新材料产生。随着人工合成宝石材料范围的扩展，从事合成宝石研究的人员越来越多，区分天然的与合成宝石材料的手段将越来越多。

参考文献：

[1]Sunagawa，曹俊臣.天然的和合成的宝石材料的比较[J].地质地球化学 ， 1983，3（05）：99-101.

[2]巫翔，秦善.以假乱真的人工宝石[J].知识就是力量，2001，3（07）：106-108.

[3]沈才卿.人工合成宝石的价值与价格[J].珠宝科技，2000，5（04）：118-119.

作者简介：秦宏宇（1970.10-），汉族，河南许昌人，讲师，硕士，研究方向：从事地质、宝石材料方面研究。