相對於彩色寶石，鑽石也有幾種特殊的光學現象，但是至今還沒有發現任何具有亞歷山大效應的真正的變色鑽石。由於比較少見，故不被大多數人所瞭解，國家珠寶玉石質量監督檢驗中心（NGTC）在多年對鑽石大量系統研究的基礎上，總結出鑽石的幾種特殊光學現象。
方形鮮彩藍鑽戒指 蘇富比供圖
寶石的光學現象是指電磁波（主要指紫外-可見光波段）與寶石結晶相互作用，產生光的折射、反射、干涉、衍射、吸收等作用，在寶石中引起的各種光學效應。寶石的一些特殊光學效應主要與寶石材料中存在的一些特殊結構、特徵包體及其定向排列方式、晶格缺陷等多種因素有關，且主要見於彩色寶石的一些特定品種。
鑽石中顏色改變的現象有兩類：一類是光致變色，即由紫外熒光或可見光激發而引起的變色效應；另一類是熱致變色，即加熱鑽石顏色會發生改變的“變色龍”鑽石。
光致變色現象
光致變色指的是某些化合物在一定的波長和強度的光作用下分子結構會發生變化，從而導致其對光的吸收峰值即顏色的相應改變，且這種改變一般是可逆的。人類發現光致變色現象已有一百多年的歷史。20世紀60年代，兩位美國材料學家Amistead和Stooky首先發現了含鹵化銀（AgX）玻璃的可逆光致變色性能，隨後人們對其機理和應用作了大量研究並開發出變色眼鏡。但由於其較高的成本及複雜的加工技術，不適於製作大面積光色玻璃，限制了其在建築領域的商業應用。此後鹵化銀光致變色的應用重心轉向了價格便宜且質量較輕的聚合物材料，而各種新型光致變色材料的性能及其應用也開始了系統研究。不同類型的光致變色材料具有不同的變色機理，尤其是無機光致變色材料的變色機理與有機材料的變色機理有明顯的區別。
1.紫外和可見熒光效應致鑽石顏色由棕色變為棕粉色
由紫外和可見熒光所引起變色的鑽石几乎沒有，著名的56.07克拉“塔維涅”鑽石是唯一經詳細研究的由紫外和短波可見熒光導致變色的鑽石。塔維涅是法國著名的旅行探險家，在西方與意大利的馬可波羅齊名。17世紀法國塔維涅到印度，並從印度帶回許多世所罕見和價值非凡的鑽石，這顆56.07克拉“塔維涅”鑽石可能就是其中一顆。這顆56.07克拉“塔維涅”鑽石在白熾燈下中呈現棕色，在日光下變為棕粉紅色，顏色變化相當明顯（圖1）。由於這顆鑽石的光譜透射率曲線在可見光範圍為典型的棕色譜，光譜透射率隨波長增加而逐漸增加，根本不具有亞歷山大效應的典型雙峰或多峰曲線特徵，可以斷定其顏色變化與亞歷山大效應的顏色變化原因是不同的。
圖1. 56.07克拉“塔維涅”鑽石顯示光致變色現象：
在日光下為棕粉紅色（左），在白熾燈下中呈現棕色（右）
“塔維涅”鑽石在近紫外輻射下發出很強的藍色熒光。用專門測量寶石顏色的實驗光譜顏色測量系統測量這顆鑽石在白熾燈和D65日光模擬光源照射下的透射光譜，發現這顆鑽石具有很強的由日光所激發的藍色熒光。正是日光所激發的藍色熒光使得這顆鑽石的顏色產生了明顯的改變，從而解釋了這顆“塔維涅”鑽石顏色變化的真正原因。
圖2為室溫下間接測量獲得的“塔維涅”鑽石的可見光激發熒光光譜，並繪有N3色心聲子的熒光光譜以供比較。由於原子的熱振動強烈使N3色心的熒光輻射不具有線光譜和輻射峰，成為連續輻射光譜。間接證明了“塔維涅”鑽石的可見光激發熒光就是由N3色心所輻射。圖3所示為“塔維涅”鑽石分別在白熾燈下和氙燈模擬日光源下的透射光譜。“塔維涅”鑽石在白熾燈下的透射光譜與Ia型棕色鑽石的相似。日光下的透射光譜在短波範圍疊加N3色心的熒光輻射，因而產生變色現象。
圖2.室溫下間接測量獲得的“塔維涅”鑽石的可見光激發熒光光譜
（400-475nm寬熒光帶）
這顆“塔維涅”鑽石為IaA
圖3. “塔維涅”鑽石分別在白熾燈下和氙燈模擬日光源下的透射光譜。
下為無熒光的白熾燈光源，上為帶熒光的日光光源
2.紫外光致粉色鑽石褪色現象
天然粉紅色鑽石的成色原因主要為550nm吸收帶所致，而處理的粉紅色鑽石的顏色主要是由位於575nm的氮-空穴中心（N-V0?Center）所致。多種處理技術能使鑽石產生粉紅色至紅色顏色。當鑽石中有孤立的氮原子存在時，可以通過高能輻射（如電子輻射）加較低溫度熱處理的方法來產生N-V0中心。在一些天然鑽石中存在孤立的氮原子，也可通過高壓高溫（HPHT）處理分解A型和B型氮集合體的方式來獲得孤氮原子。合成鑽石，無論是高壓高溫合成還是CVD化學氣相沉澱合成法形成的鑽石中通常含有少量的孤氮原子。這些合成鑽石也適合於通過處理的方法來獲得粉紅色至紅色顏色。通過控制N-V0中心的密度，可產生各種各樣的從弱粉紅色至深色的粉紅色。這類處理鑽石大多帶有紫色至橙黃色色彩，但也見到純粉紅色甚至紅色的鑽石。這些粉紅色鑽石在紫外光下顏色不穩定，顯示光致變色特徵（Photochromic feature），多數表現為當紫外光源照射時鑽石呈明顯的褪色（圖4），這種褪色在無紫外線成分的光源及加熱條件下數分鐘後大多數可恢復其原來的顏色。有的粉紅色鑽石在紫外光輻照下褪去的顏色較難恢復其原色，所以檢測時儘量避免使用紫外光源。有關粉紅色鑽石的光致變色特徵的原因DTC研究中心進行了探討。
圖4日光下粉紅色鑽石 圖4b短波紫外照射下的粉紅色鑽石
圖4b日光下（上）的粉紅色鑽石，短波紫外照射下（下）的粉紅色鑽石褪色現象，加熱後顏色可恢復
變色龍效應
變色龍鑽石專指鑽石的顏色在加熱或在黑暗的環境下發生變化，由灰綠或褐綠色變為黃色或橙黃色。Thomas Hainschwang（2005 Spring Gems & Gemology）等將變色龍鑽石分為兩大類：一類是經典類型的，顏色由灰綠色（或灰褐綠、褐黃綠）變為黃色或橙黃色；另一類則相反，顏色僅在加熱的條件下由淺黃色或褐黃色變為淺綠黃色。由於其變色效應無法在實驗室實現，亦無法通過優化處理方法來實現，所以變色龍鑽石是唯一可以肯定其天然顏色成因的綠色鑽石。變色龍鑽石在常溫下的穩定色通常是灰綠色、灰褐綠或是褐橙色、褐橙黃色等，加熱變色龍鑽石到150°C以上，或在黑暗的環境中放置一段時間，其顏色由室溫正常光源照明下的灰綠色（帶有黃或褐色調）變為黃色或橙黃色，且其變色效應可逆，當它重新回到正常光照條件下或是冷卻至室溫條件下，顏色又回到原來的灰綠色。因此經典的變色龍鑽石同時具有熱致變色及對光反應變色的特性。圖5為國家珠寶玉石質量監督檢驗中心檢測到兩顆變色龍鑽石，室溫及正常光源照明下，顏色為灰褐綠色，分佈均勻，無色帶（左），長波紫外光下強橙黃色熒光，短波紫外光下弱橙黃色熒光，短波下黃色磷光，持續時間1分鐘左右。加熱鑽石時，顏色由灰褐綠慢慢變為橙黃色（圖5中），停止加熱後，變色龍鑽石的顏色又慢慢恢復到原來的灰褐綠色。
圖5 為國家珠寶玉石質量監督檢驗中心檢測到兩顆變色龍鑽石
上：加熱之前；中：加熱之後；下：撤除熱源兩分鐘後
分析變色龍鑽石的光譜特徵我們可以得出，經典的變色龍鑽石一般都具有弱的Ib型鑽石的特徵，即鑽石中含有孤氮缺陷；含有與氫有關的缺陷；含有與鎳有關的缺陷。長波紫外燈下，所有的變色龍鑽石都具有中到強的熒光，短波紫外燈下，有弱到中等的熒光，最為特徵的是所有的變色龍鑽石在短波紫外光下都有磷光，且持續時間較長，磷光顏色為黃色。
變色龍鑽石的變色效應主要是由於加熱鑽石時，480nm和800nm吸收寬帶強弱發生變化，隨著溫度的升高，800nm吸收寬帶強烈變弱，480nm寬帶亦變寬變弱，鑽石的顏色因此由褐綠色變為橙黃色。鑽石顏色變化是由於鑽石在可見光區的吸收發生變化，而吸收變化則主要是由於電子在不同的缺陷色心之間發生轉移，電子轉移改變了缺陷色心的價態，進而影響到他們對可見光的吸收。
變色龍鑽石可以依據加熱後顏色是否發生改變來判斷。但並不是所有的灰綠或褐綠色鑽石都具有變色龍效應。Thomas Hainschwang等（2005）指出氫（H）含量很多或不含氫（H）的黃到灰褐綠色鑽石，塑性變形致色的灰綠或褐綠色鑽石都不具有變色龍效應；無磷光的黃到褐綠色，含H鑽石，雖其光譜特徵與變色龍鑽石相似，但不具變色龍效應。此外，由於輻照綠色鑽石在加熱後，顏色會發生永久性不可逆的改變，所以如果想知道一顆綠色鑽石究竟是真的變色龍鑽石還是輻照鑽石，最好還是選擇技術設備完善的實驗室進行鑑定。藉助先進的光譜學技術，以及變色龍鑽石的熒光、磷光特徵可以區別於其他類型的天然綠色鑽石或輻照處理綠色鑽石。
值得學習瞭解的珠寶知識點跟大家一起分享一下（文章摘要自《中國寶石》總第107期，2016年3-4月刊 p198-p201）
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