帶有黑銀鈦毛的水晶，這些毛狀共生或包裹體保存得非常完好，因為它們位於水晶原礦簇的內部或整體的凹陷部位。
商稱：「黑銀鈦」其實是「金紅石」 (Rutile) 的一種變種。
金紅石的化學式為 TiO2，是一種二氧化鈦的礦物。
金紅石本身可以呈現多種顏色，其中最常見的是金色，這是因為它在成長過程中會包含微量的其他元素，例如鐵Fe和鉻Cr，這些元素會對金紅石的顏色產生影響。
金紅石的顏色現象可以通過帶隙理論來解釋，尤其是涉及到微量元素摻雜和電子結構變化對光的吸收和反射的影響。
帶隙理論描述的是半導體和絕緣體中，電子從價帶躍遷到導帶所需要的能量差，這個能量差被稱為帶隙。
在金紅石 ( TiO2) 中，帶隙的寬度約為3.0 eV左右，這對應的能量範圍在紫外光的波段。
因此，純淨的二氧化鈦並不吸收可見光，而主要吸收紫外光，這就是為什麼純金紅石通常是透明或白色的原因。
然而，當金紅石中有微量元素摻雜進來（例如鐵、鉻或鉛等），這些元素會產生額外的電子能級，位於價帶和導帶之間。
這些額外的能級可以降低電子從價帶躍遷到導帶所需要的能量，從而允許金紅石吸收可見光中的某些波長（特別是藍色和紫色光），反射出剩餘的光，導致它呈現出金色、黃色或紅色等不同的顏色。
具體解釋：
• 鐵 (Fe)：當金紅石中摻雜了鐵時，鐵的電子能級位於金紅石的價帶和導帶之間。
這些中間能級允許金紅石吸收較低能量的光（例如藍光），剩餘的可見光反射回來的波長以紅色和黃色為主，因此金紅石會呈現出金色。
• 光的吸收與反射：帶隙變窄會改變金紅石吸收不同波長光的範圍。
摻雜元素降低了價帶和導帶之間的能量差，使得它能夠吸收更長波長的可見光，而不是僅僅吸收紫外光，這使得金紅石看起來更偏向金色或紅色。
這就是為什麼一些金紅石（尤其是含有微量鐵或鉻的金紅石）會呈現出金色或紅色的原因，這一現象可以從電子的躍遷和帶隙理論中找到物理學上的解釋。
黑銀鈦的形成是由於金紅石在其晶格結構中含有不同的微量元素，或者是因為結晶過程中某些物理條件不同，如壓力和溫度的影響，這使得它的顏色從典型的金色變為黑色或帶有金屬光澤的銀色。這種變化的原因在於晶體內部電子結構的微妙改變，特別是當金紅石吸收並反射不同波長的光時，這些不同的結構導致了黑銀鈦的獨特外觀。
黑銀色的金紅石也是可以從帶隙理論以及微量元素摻雜和光學效應來解釋。
帶隙理論的應用：
當金紅石呈現黑銀色時，這表明晶體內的微量元素或雜質改變了其電子結構，並且吸收了幾乎所有的可見光波長，導致它看起來呈現黑色或深色。在這種情況下，摻雜的微量元素或缺陷可能產生了更高的電子能級密度，並顯著影響了金紅石的光學行為。
黑銀色的可能原因：
1. 過渡金屬元素的摻雜：
黑銀色金紅石可能含有過量的過渡金屬元素（如鐵、鉻或釩），這些元素會在金紅石的帶隙中引入更多的能級，從而大幅吸收可見光波長範圍內的所有顏色光，使得它呈現黑色。
與此同時，銀色的光澤可能是由於某些金屬元素（如鉛或鉬）的存在，這些元素使得晶體表面或內部的反射增強，產生一種金屬光澤，形成“黑銀色”的外觀。
2. 電子結構中的缺陷：
金紅石的黑色也可能來自於晶體結構中的缺陷，例如氧空位或晶格缺陷。
這些缺陷可以使得晶體內的電子發生重新排列或局部集聚，形成能夠強烈吸收光的區域，導致它看起來更暗。
同時，這些缺陷區域的高導電性會反射一定波長的光，產生銀色的金屬光澤。
3. 光的干涉效應：
黑銀色金紅石有時也與其表面的細微結構有關。
當金紅石內部或表面有針狀或纖維狀的結構時，這些微結構會影響光的干涉和散射。
如果這些纖維狀包裹體較密，光線進入時可能會被多次散射和吸收，進而使其看起來呈黑色。
同時，少量的光會反射出來，造成光澤感，這種反射有時會呈現出銀色或金屬光澤。
黑銀色 vs 金色：
與金色的金紅石相比，黑銀色金紅石反映了晶體內不同的微量元素摻雜或缺陷導致的更強的光吸收。
金色金紅石反射出特定波長的光（如黃光和紅光），而黑銀色金紅石幾乎吸收了所有可見光波長，並僅僅反射少量光線，使其呈現出黑色或金屬光澤。
因此，黑銀色金紅石的獨特顏色是由於複雜的電子結構和光學行為，這包括帶隙變窄、過渡金屬的摻雜以及可能的晶格缺陷共同作用。
這些因素都促使它具有黑色的基色和銀色的金屬光澤。
物理上，黑銀鈦與金色的金紅石一樣，仍然保持著針狀或毛狀的結晶形態。
這些細小的針狀包裹體通常會嵌入於其他透明的礦物中成為包裹體，像是水晶，這讓它們在光線下顯得尤為顯著。
正如這些照片所展示的，這些包裹體可能會部分暴露於水晶外部或完全包含於其中，視水晶的生長情況而定。
結論：
黑銀鈦的特徵色與其成分中的微量元素變化和物理條件有關，而它的針狀結構則是金紅石典型的結晶形態。
這使得黑銀鈦水晶成為一種頗具收藏價值的礦物標本，特別是當它像這些照片中一樣，具有保存良好的內部結構時。
相關文獻和研究方向：
1. 微量元素對金紅石顏色的影響：
• Tang, H., et al. (1994). “Influence of doping on the optical properties of rutile TiO2”. In Physical Review B, the article discusses the effects of doping (如鐵、鉻等微量元素) 對金紅石的光學性質影響，包括吸收光譜的變化，進而解釋了不同顏色的成因。
• Platonov, A. N., et al. (1992). “Color Centers in Natural and Synthetic Rutile”，這篇文章分析了天然和合成金紅石中的顏色中心（Color Centers），特別是與晶格缺陷、微量元素摻雜及其電子結構相關的顏色機理。
2. 帶隙變化與顏色成因：
• Diebold, U. (2003). “The surface science of titanium dioxide”. This review paper in Surface Science Reports focuses on 的表面科學，帶隙理論及微量元素的引入如何改變其光學與電子性質。
• Serpone, N., et al. (1987). “Spectroscopic, photophysical, and photocatalytic properties of titanium dioxide”. This paper discusses how different modifications to TiO2 (including defects, oxygen vacancies, and doping) influence its electronic band structure, which is directly linked to its optical properties, including its color.
3. 晶體缺陷和光學行為：
• Zhang, Z., et al. (2009). “TiO2 Nanostructures: Surface Defects and their Role in Photocatalysis”. This paper looks into how surface and bulk defects, such as oxygen vacancies, influence the optical and physical properties of titanium dioxide.
• Banfield, J. F., & Veblen, D. R. (1992). “Conversion of Perovskite to Anatase and TiO2 (B): A TEM Study and the Use of Fundamental Building Blocks in Structural Transformations”. Although more focused on the structural transformation, this study discusses how different phases of TiO2 and their respective defect structures can influence physical properties, including optical absorption.
4. 黑銀色金紅石的光學效應與光干涉：
• Lynne, B. Y. et al. (2008). “Optical properties and light scattering in nanostructured TiO2 films”. This paper discusses the optical scattering behavior in nanostructured TiO2, which can relate to how fine fibrous or needle-like inclusions (such as those seen in the images) scatter and absorb light to produce different colors, including black and silver hues.
5. 相關寶石學文獻：
• Gems & Gemology. 寶石學方面的期刊，經常刊載金紅石包裹體或光學效應相關的文章。例如，有關於金絲水晶、金紅石內含物與不同顏色金紅石的研究，可以檢索其過去的文章，找到與顏色成因和光學特性相關的資料。
• Nassau, K. (2001). “The Physics and Chemistry of Color: The Fifteen Causes of Color”. This book provides an in-depth overview of the physics and chemistry behind why materials, including minerals like rutile, exhibit different colors, making it a great source for understanding the underlying causes of black, silver, and other hues in minerals.
購買時真的要多加小心，除了慎選店家之外，將由疑慮的商品送到鑑定所也是一個好方法
文章來源 台灣中央珠寶鑑定 facebook
感謝
台灣中央珠寶鑑定 Taiwan Central Gem Laboratory （Taiwan Central Gem Laboratory）
TCGL台灣中央珠寶鑑定所
文章授權
