天然钻石与合成钻石的钻石观测仪鉴定特征研究

通过钻石观测仪(Diamond ViewTM)结合紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR absorption spectra)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对天然钻石、经辐照与热处理的天然钻石、高温高压(HTHP)合成钻石与化学气相沉积(CVD)合成钻石进行了较系统的对比研究。结果表明:无色或近无色天然钻石的荧光颜色通常呈现较单一的蓝色,且无磷光,钻石荧光图像的内部较多可见呈闭合或非闭合的环状结构的生长线或不规则的折线。部分天然钻石无荧光且无磷光或者同时具有蓝色荧光与蓝绿色的磷光,但是鉴于CVD合成钻石较多同时具有荧光与磷光特征。因此,基于钻石有无磷光特征作为天然钻石与合成钻石的定性鉴别依据存在一定局限性。经辐照或热处理后的彩色天然钻石的荧光颜色主要呈非蓝色,部分样品因辐照处理使其自身的颜色发生改变的同时,并由此产生色心缺陷导致钻石荧光的颜色呈现多色性混杂特征。需进一步指出的是,基于UV-Vis-NIR吸收光谱特征与Diamond ViewTM图像中钻石的呈色特性是目前研究钻石经辐照处理较重要的鉴定方法。大部分CVD合成钻石的台面与亭部的局部位置出现独特的因CVD所致的清晰的平行层状生长条纹,同时具有淡蓝色磷光,该方法仍是目前相关CVD合成钻石判定的最为直接依据。     

钻石的紫外-可见-近红外光谱与光致发光光谱温敏特性及其鉴定指示意义

以液氮温度(约77 K)至室温渐变的样品测试温度,通过紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱、405 nm激发光源的光致发光(PL)光谱,结合傅里叶变换红外光谱与钻石观测仪(DiamondView~(TM)),分别对典型的经后期高温高压或辐照处理的天然钻石、高温高压合成钻石和化学气相沉积合成钻石进行光谱学特征研究。结果表明:在不同激发光源或检测环境温度下,钻石的UV-Vis-NIR吸收光谱与PL光谱中具有指向性的特征吸收与已有文献报道结果存在一定的差异。钻石的指纹及其经优化处理的特征吸收较多出现明显的温敏特性,随着样品温度的升高,吸收峰的强度逐渐降低,部分吸收峰消失。钻石吸收光谱中的温敏特征吸收可为其检测、筛选提供指向性依据,同时对开拓新的钻石功能化应用有借鉴意义。     

改色处理紫红色钻石的光谱学特征及鉴定方法

以市场上销售的国内改色紫红色圆刻面型钻石为研究对象,通过对其光谱学特征进行分析,确定了此类紫红色改色处理钻石的鉴定。样品颜色呈现不同饱和度的紫红色,净水称重法测试比重为3.52,放大观察,样品DR-2与DR-3的部分刻面光泽较弱,显示了未被重新抛光的严重烧蚀区域,石墨化沿内应力断裂明显,其表面可能经过高温高压处理。365nm长波紫外下,均呈现蓝色、橙红色、黄色和绿色混合的白垩状荧光外观,无磷光现象,而天然紫红色钻石为蓝色荧光或无荧光。宽频诱导发光图像仪GV5000深紫外下均呈现橙红色和蓝色混合荧光,无磷光现象。红外光谱中红外区均显示集合体氮相关的A中心和B中心,归类为IaAB型,且具有H1a辐照退火相关的特征峰,红外光谱近红外区均显示H1b,H1c辐照退火相关的特征峰与H₂中心的特征峰。紫外可见近红外分光光度计均显示明显的NV-中心,H₂中心和806 nm吸收峰,400～460和570 nm宽带处反射率的变化分别与N₃中心和NV0中心相关,明显的NV-中心在天然紫红色钻石中极少发现,H₂中心指示可能经过高温高压处理,可见光范围内对红光和蓝光的吸收较弱,所以呈现为紫红色外观。三维荧光光谱和光致发光光谱均显示出N₃,H₃,H₄,NV0, NV-相关的发光中心,N₃贡献蓝色荧光,H₃和H₄贡献黄绿色荧光,NV0与NV-贡献橙红色荧光。综合分析,三颗样品均为天然成因的钻石,后期经过高温高压,辐照,退火等多重处理,其紫红色主要由N₃中心,NV0中心与NV-中心共同贡献。     

高温高压处理对褐色CVD钻石谱学特征的影响

目前CVD法合成单晶钻石是超硬材料科学和宝石学关注的热点之一,该方法合成的单晶钻石常带有褐色调。通常采用高温高压法（HPHT）提高褐色CVD钻石的色级和透明度,在前期HPHT处理褐色CVD钻石实验基础上,选出颜色改善明显的三颗样品,对其处理前后谱学特征进行对比。采用紫外-可见吸收光谱、红外光谱、光致发光光谱、三维荧光光谱、激光拉曼光谱以及X射线摇摆曲线进行分析。结果表明,褐色和深褐色样品褪色温度较高,处理后样品紫外-可见吸收光谱吸收系数明显减小,透明度明显提高。样品中红外与近红外光谱显示,在1 332 cm-1处的吸收峰与N+中心有关,该中心是褐色CVD钻石常见特征。在3 124 cm-1处吸收峰与NVH0缺陷中心有关,该峰在CVD钻石和HPHT处理钻石中常见。另外在2 700~3 200 cm-1范围变化的一组吸收峰,与C-H键伸缩振动有关。高温对CVD钻石含H基团影响较大,在5~6 GPa压力下处理温度在1 500~1 700 ℃范围,会在近红外波段4 673,6 352,7 354,7 540,7 804和8 535 cm-1出现一组吸收峰,可指示样品经过较高温度处理。目前针对CVD钻石以及经过HPHT处理的CVD钻石近红外波段的论述较少,该研究可以为鉴定CVD钻石及HPHT处理CVD钻石提供依据。综合光致发光光谱和三维荧光光谱分析,处理后样品NV-缺陷比例减小,SiV-中心缺陷比例增加。在5~6 GPa压力下,仅当处理温度高于1 500 ℃时,样品三维荧光光谱在λ_ex/λ_em=500 nm/575 nm处荧光峰增强,在λ_ex/λ_em=490 nm/550 nm处荧光峰消失,从某种意义上该峰位变化可指示样品经过较高温度处理。物相分析结果显示,HPHT处理后CVD钻石在1 332 cm-1处拉曼位移半高宽和XRD摇摆曲线半高宽均减小,表现出了较好的一致性,说明经HPHT处理的褐色CVD钻石结晶质量变优。     

显微红外光谱填图法示踪中国三个产地的天然钻石中氮杂质的非均匀生长

钻石产地特征研究在了解地幔演化及遏制国际冲突钻石非法交易等方面具有重要意义,采用傅里叶变换显微红外光谱技术对采自中国三个商业性产地的14片天然IaAB型钻石进行了系统的面扫描分析,根据显微红外光谱谱图定量计算出钻石中的氮含量(1 616个红外测试数据)并进行填图示踪。结果表明,钻石生长过程中氮的含量和聚集度不断变化,且成核阶段氮含量可高于或低于其他生长阶段,不同生长阶段氮杂质含量不具有单向变化规律,显示钻石生长过程中地幔流体碳和氮存在复杂的交换,不同产地钻石中氮含量频率分布及NB%/N(T)特征存在一定的区域性差异,与跳点法红外光谱测试相比,面扫描法填图能更直观和连续的示踪钻石生长过程中氮杂质的不均匀生长。     

山东产大颗粒高温高压合成钻石的多种谱学方法研究

山东济南中乌新材料有限公司利用六面顶油压机生产出大颗粒钻石,为了掌握这些合成钻石的品质及与天然钻石的区分方法,采用宽频诱导发光光谱仪（GV5000）、红外光谱仪、钻石特征光谱检测仪（PL5000）、激光诱导击穿光谱仪和X射线能谱仪,对该公司生产的225粒无色、蓝色和黄色高温高压（HPHT）合成钻石进行检测,并与天然钻石对比。HPHT合成钻石样品的晶形以（111）晶面和（100）晶面共存的聚形为主导。原石切磨成圆钻形成品的出成率在20%~67%之间,净度级别为VVS-P,颜色级别为D-H。通过GV5000分析,三种颜色样品均可观察到立方八面体生长结构发光图案,无色HPHT合成钻石为强蓝色荧光和磷光,发光峰位于495 nm,与晶格中的顺磁氮有关;蓝色HPHT合成钻石为蓝-绿蓝色荧光和蓝色磷光,发光峰位于501 nm,与晶格中的顺磁氮、硼有关;黄色HPHT合成钻石为弱绿色荧光和磷光,显示556和883 nm Ni+相关发光峰,这些特征可与天然钻石相区分。红外光谱分析表明,无色HPHT合成钻石在1 332~1 100 cm-1无明显氮相关吸收,在2 802 cm-1有B0相关吸收,为含有少量硼的Ⅱa型;蓝色HPHT合成钻石位于1 294 cm-1有与B-相关的强吸收,归属为Ⅱb型;黄色HPHT合成钻石位于1 130和1 344 cm-1有与孤氮相关的明显吸收,归属为Ⅰb型。PL5000光致发光光谱显示,三种颜色HPHT合成钻石可检测到659,694,707,714和883 nm等镍相关缺陷发光峰。相比之下,无色和黄色天然钻石通常为Ⅰa型,具有1 282和1 175 cm-1等聚合氮的红外光谱吸收,光致发光光谱通常可检测到415 nm（N₃）零声子线,由孤氮、硼和镍等缺陷导致的光谱特征极为罕见。因此,红外光谱和光致发光光谱特征可作为重要的鉴别依据。激光诱导击穿光谱仪检测到无色HPHT合成钻石的出露包裹体主要成分为Fe。X射线能谱分析显示,对于含包裹体较多的样品,无色和蓝色HPHT合成钻石可检测到Fe,黄色HPHT合成钻石可检测到Fe和Ni,为其中包裹体的成分,这可作为HPHT合成钻石鉴定性特征。综上所述,通过GV5000超短波紫外荧光和磷光测试,配合红外光谱和光致发光光谱特征,结合包裹体成分特征,可以有效区分该研究的合成钻石和天然钻石。     

钻石中硼受主电荷转移引发磷光的直接证据

受主元素硼与不带电荷的替位硼进行电荷重组会导致钻石发出磷光,但Ⅱb型钻石硼含量较高,难以为电荷重组与磷光的相关性提供直接证据。作者针对一粒在常光环境下近无色的钻石,利用DiamondViewTM的深紫外强光源照射样品,使之产生蓝绿色磷光,结合前人研究,推断该类型磷光与含硼元素有关。采集样品红外光谱,在磷光消退前,谱图呈现2 803 cm-1吸收峰,磷光消失后采集的红外谱图不显示2 803 cm-1峰。这一实验中受主硼在紫外光激发下失去电子,成为不带电荷的替位硼原子(B0),B0浓度升高超过红外光谱检测限,红外光谱识别到B0的存在,即引发2 803 cm-1吸收峰。处于激发态的电子返回基态与亚稳态的B0结合过程释放出光子产生磷光。该实验首次直接证实了硼受主与无电荷替位硼之间的电荷重组转移会引发钻石磷光。     

Chatham合成钻石紫外阴极发光谱

用自制的阴极发光分析仪在JCXA-733电子探针上分析两批美国Chatham公司合成钻石的微区紫外-可见阴极荧光,结果表明Chatham合成钻石具有峰波长为234,268 nm等的紫外阴极荧光谱。不同批次的Chatham钻石的紫外阴极荧光谱特征也有所不同。这些紫外阴极发光谱在天然钻石和人工处理后的天然钻石中都没有发现,可能是Chatham合成钻石的特征谱,因而可能具有一定鉴定价值。经进一步完善后,紫外阴极荧光谱技术有望成为鉴别天然和合成钻石、不同公司合成钻石或同一公司不同批次合成钻石的有效方法。     

一种疑似合成钻石的天然钻石光谱学特征

该研究团队在近期日常检测中发现一粒疑似合成钻石的天然钻石。该样品的质量为0.029 5 g(0.14 ct),尺寸为3.32 mm×3.33 mm×2.08 mm,颜色级别为H,净度级别SI₁,在正交偏光镜下具有异常消光现象。该样品在短波紫外灯下具有强的绿黄色荧光，并伴有强烈的绿黄色磷光现象，磷光持续时间50 s以上；傅里叶变换红外光谱仪测试确认该样品为Ⅱa型，在1 400～400 cm^-1无明显吸收峰，在1 970～2 500 cm^-1处具有由C—C晶格振动所引起的吸收峰；紫外可见光谱仪测试未检测到415 nm吸收峰，显示270 nm吸收峰。上述特征疑似HPHT合成钻石。为确认该样品的成因，又对其做了部分光谱测试，采用De Beers研制的Diamond-view^TM测试样品的发光图像，该样品的发光图像呈蜥蜴皮状、蜂窝状；采用常温光致发光光谱仪测试，选用405 nm光源激发时，可见415、 428和450 nm特征峰；选用365 nm光源激发时，可见415、 428和450 nm特征峰以及氮空位中...     

FTIR应用于经染色处理的妇科肿瘤组织切片的研究

应用FTIR分析经染色处理的妇科肿瘤组织切片及常规红外切片,将二者的红外光谱图与正常组织的红外光谱图对照.结果显示,经染色处理的肿瘤组织的各特征峰与未经染色的肿瘤组织的特征峰大体一致,二者与正常组织的红外光谱相比,都具有明显且有规律的差异,说明FTIR直接对经染色处理的肿瘤组织切片进行红外分析以作为肿瘤诊断的依据是可行...     

Diamond. Part 2

A brief review is given of some recent solid-state physics studies made on diamond. These include both the ultra-violet and the infra-red absorption spectra of diamond; the classification of diamonds; a survey of the semiconducting properties exhibited by some diamonds; diamond luminescence; and some of the effects produced when diamonds are subjected to irradiation by high energy particles and by neutrons. The recently developed diamond radiation counter and the advantages of such a counting system are discussed.     

彩色金刚石中过渡金属离子的谱学研究

过渡金属镍、钴和铁是高温高压法合成金刚石的常用触媒,已有研究表明：采用镍、钴作触媒所合成的金刚石中存在镍、钴离子,部分天然金刚石含有镍离子;镍、钴离子以替代方式或间隙形式进入金刚石的晶格,并能与杂质氮形成复合体。为了探寻彩色金刚石中过渡金属离子存在的谱学标志,确定镍、钴离子在彩色金刚石中的赋存状态,文章对6颗彩色天然与合成金刚石进行了扫描电镜-能谱、显微红外光谱、光致发光谱、电子顺磁共振谱(EPR)等测试研究。结果表明天然与合成的样品都具有与镍、钴有关的发光中心与EPR结构：包括西澳的蓝灰色天然金刚石中与镍有关的884.6 nm等发光中心,以及天然变色金刚石中与钴有关的发光中心。对各种谱学测试结果的综合分析,得出样品中存在镍、钴离子并与杂质氮形成各种Ni-N或Co-N复合体的结论,其中在天然金刚石中发现钴离子在该领域研究中尚属首次。     

山东蒙阴金刚石多晶的显微红外光谱研究及其成因意义

山东蒙阴金刚石多晶可划分为多角刻面状和浑圆状金刚石多晶两大类,它们的显微红外光谱研究结果表明,金刚石多晶中的氮含量较低,介于16.69～72.81μg.g-1之间,且同一金刚石多晶的不同金刚石晶粒(或部位)中的氮含量不相同;刻面状金刚石多晶均为ⅠaAB型,且A心的浓度大于B心的浓度。浑圆状金刚石多晶也多为ⅠaAB型,但具有更高浓度的B心,且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的浑圆状金刚石多晶;金刚石多晶不是在金刚石颗粒的成核阶段所形成的,而是在金刚石长大期间或金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下聚集而成;山东蒙阴金刚石多晶可能形成于氮浓度较低的较深部地幔。同时,多角刻面状金刚石多晶的形成时间稍晚于金刚石单晶体,浑圆状金刚石多晶的形成时间明显早于金刚石单晶体。     

同质与异质外延掺杂CVD金刚石薄膜的结构与性能

采用化学气相沉积(CVD)技术,以高温高压(HTHP)合成的(100)金刚石和p型(100)Si为衬底制备了硫掺杂和硼-硫共掺杂金刚石薄膜,利用原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)及隧道电流谱(CITS)等手段分析同质和异质外延CVD掺杂金刚石薄膜的结构和性能.结果表明:异Si衬底上CVD金刚石的形核密度低,薄膜表面比较粗糙,粗糙度达到18.5nm;同质HTHP金刚石衬底上CVD金刚石薄膜晶粒尺寸约为10—50nm,表面平整,表面粗糙度为1.8nm.拉曼测试和电阻测量的结果显示,在HTHP金刚 关键词： 金刚石 掺杂 外延     

天然与高温高压合成金刚石的RAMAN与PL光谱研究

天然、Fe-C(H)系及Ni-C系高温高压合成金刚石的晶体形态、Raman光谱及PL谱研究结果表明：Fe-C(H)系高温高压合成金刚石多为类似于天然金刚石的八面体形态,Ni-C系高温高压合成金刚石的晶体形态多为六八面体;天然金刚石的品级最佳、所含缺陷最少,Fe-C(H)系高温高压合成金刚石次之,Ni-C系高温高压合成金刚石品级最差、所含缺陷最多;金刚石在形成过程中,除结晶生长过程外,还应该存在“排杂”过程;人们在分析天然与HPHT合成金刚石形成过程之间的关联时,除要考虑两者形成的物质体系差异外,还应该充分关注时间、空间因素在金刚石形成过程中的意义。