揭秘鑽石的變色效應
（圖片來自同行提供）
狹義的變色效應指寶石在不同光源下呈現不同體色，常見的「不同光源」為白熾燈和日光燈，廣義的變色效應則指因各種因素刺激使寶石出現可逆的顏色變化現象。普通具有變色效應的寶石為狹義變色效應，鑽石的變色效應為廣義變色效應。本文，筆者向你深入揭秘鑽石的變色效應。
鑽石的變色效應根據成因可以分為以下兩類：
1、亞穩定與穩定色心/色心組合的切換引起的變色效應
鑽石中由亞穩定與穩定色心/色心組合的切換引起的變色效應的是「變色龍」鑽石。典型的「變色龍」鑽石在冷/黑暗處主色是綠色，在熱/亮處以黃色為主色，並且「變色龍」鑽石的變色效應具有明顯的弛豫性，即變色需要一段肉眼明顯可察覺的時間間隔。
經統計研究，目前所觀察到的「變色龍」鑽石均為Ia型。
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晶格中各種對可見光選擇性吸收導致呈色的點缺陷稱為色心。
鑽石可以同時出現多種色心，這些色心中一部分是穩定的，如Ia型鑽石中的N3色心，在常見的各種條件下都穩定，難以被破壞。但也會存在一些色心僅在某些條件下穩定，在其他條件下則發生變化，如HPHT條件下，鑽石中的GR1色心（由輻照提供能量擊飛C原子形成的點狀空穴）與A型氮複合形成H3色心。
另外在Ia型鑽石晶體中同時存在N、H雜質，並且N、H、C距離很小以致相互形成共價鍵時，這種限制於鑽石晶體之中、處無機物~有機物之間的化學鍵處於亞穩定狀態：
a.在無外源能量供給時，N、H、C三者的化學鍵穩定。而由於N、H、C的原子半徑不等長，導致鑽石晶格中出現三者共價鍵的位置鍵參數相比理想鑽石純粹的C-C鍵參數發生變化，從而出現「空穴」（畸變空穴）。這種由於晶格局部鍵參數變化引起的畸變空穴在微觀尺度上與輻照引起C原子缺失的GR1空穴相比，往往空間範圍（即所謂空穴「直徑」）稍微大些，但因為鍵長都是10-10m數量級，對於可見光單色光波長範圍幾十~上百納米而言，由於某波段選擇性吸收引起晶體呈色的宏觀效果也是一樣的。在冷/黑暗處，熱傳遞的熱能低於N、H、C三者形成的共價鍵鍵能，化學鍵穩定，鑽石體色則由該畸變空穴引起的綠色與晶格中穩定的N3色心的相互濃度關係決定，其中的H往往還額外降低了顏色的明度而出現灰。由於鑽石中的N雜質不可能太多，否則將引起鑽石晶格的破壞而不再是鑽石，再加上一部分N優先形成穩定的N3色心，這造成實際的「變色龍」鑽石無法像其他綠色系鑽石一樣出現純綠（空穴濃度=N3濃度）、偏藍綠（空穴濃度>N 3濃度）。
b.在有外源能量供給時，三者化學鍵被破壞，鑽石在外源能量持續供能的情況下僅穩定色心存在。這種外源能量可以是各種電磁波、熱量、動能等相對晶格這一參考系存在運動、轉換等形式的能量。可見光照射下，電磁波提供能量使N、H、C三者形成的共價鍵全部或局部斷裂（根據有機化合物和無機化合物穩定性推斷，C-N鍵比C-H鍵與N-H鍵更容易斷裂），畸變空穴濃度顯著降低甚至消失，留下Ia型鑽石中穩定的N3色心呈黃色。
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這種化學鍵的破壞屬於熱/光化學反應，反應時間即為「變色龍」鑽石變色的弛豫時間，而儘管化學鍵在熱/光源供能下被破壞，但對應的N、H、C原子位置並沒有變化，當外源能量停止供能、亞穩定化學鍵可以存在時，這種化學鍵又重新建立起來。化學鍵重建的過程也屬於化學反應，反應時間即為「變色龍」鑽石變色的反弛豫時間。
2、可見熒光引起的變色效應
鑽石中由可見熒光引起的變色效應有兩種表現形式：
一種是表現形式與變石類似，在白熾燈與日光燈下顯示不同色彩，如被寶石學家劉嚴研究的「塔維涅」鑽石，其顏色成因是富短波的日光燈激發強烈藍色熒光複合了長波段逐漸增強的光譜反射導致粉色成分出現，致使其在日光下呈棕粉色；而白熾燈相對缺乏短波成分，所激發的藍色熒光不足以補償N色心對藍光段的吸收導致呈棕色。
另一種的表現形式更直接表現出鑽石熒光導致的變色效應，即強烈的熒光改變鑽石的體色。在外源能量激發下，鑽石出現色彩明顯、強度很大的熒光，這種熒光加入鑽石原始體色中，導致鑽石外觀色彩的變化，且有無熒光刺激時色彩差距顯著。這種變色效應見存在於黃~綠色系、綠~藍色系。
高濃度的H3色心可以在可見光照射下發出強綠色熒光，具有高濃度H3色心的鑽石本身呈濃黃色，受可見光照射時，強烈的綠色熒光使鑽石呈綠色，撤掉光照則呈黃色。
高濃度的N3色心導致鑽石有強烈的藍色熒光，儘管由於N3色心的吸收峰值415.5nm臨近紫外區，需要紫外光才能有充足能量激發，但日光、熒光燈等照明條件下，可見光中富含短波成分，足以引發藍色熒光，當N3色心足夠多，由這些光源引發的藍色熒光足夠多以致於去除中和了N3色心本身吸收導致的黃色後還有剩餘，則使鑽石從偏黃色系變色呈偏藍綠色。
一般地，因為鑽石成分單一，難以有過多雜質元素進入晶格，這使得具有變色效應的鑽石比較少見，往往是獵奇者的最愛。
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