导　　师： 彭明生

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 本论文在对褐色金刚石中点缺陷的谱学研究基础上，采用高分辨的成像技术——同步辐射x形貌术与其它形貌学方法研究褐色金刚石中的线、面缺陷特征，及与点缺陷的相互关系，以解决褐色的成因问题。 对彩色天然与合成金刚石的扫描电镜-能谱、显微红外光谱、光致发光谱、电子顺磁共振谱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中心：包括西澳的蓝灰色天然金刚石中与镍有关的884.6nm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。 谱学研究得到褐色金刚石的点缺陷特征。表明褐色金刚石具有大量空位组成的点缺陷：在Ⅱa型褐色天然金刚石中主要为单空位缺陷与大的空位簇；在Ⅰa型褐色金刚石中，氮原子在位错形成的空位簇与单空位或位错环聚集，形成片状偏析氮ns(100)，多个氮原子与单空位(h3(110)，n3(111)，b心/ns(111))，多个或单个氮原子与多空位(h4(110)，n2d，nv2等，可能与612.4，617和626nm的橙红色发光中心有关)，单个氮原子与单空位的缺陷中心(n-v)0 高温高压处理的过程：一方面，部分片状偏析氮(ns(100))被破坏而分解，h4，n3，c心(即单个替代氮原子)与(n-v)-增加，片状偏析氮分解产生的c心起电子施主的作用，含氮高的褐色金刚石，双氮原子继续凝聚成b心与片状偏析氮，直至片状偏析氮分解；另一方面，因片状偏析氮的分解或加热被释放的电子或间隙电子返回空位，电子与空位复合，使产生褐色的空穴色心与电子色心互相消亡，所以颜色褪去，这也是仅加热处理就能使部分褐色金刚石褪色的原因，空位与填隙子互相消亡是Ⅱa型褐色天然金刚石褪色的主要过程。h4，n3，c心与(n-v)-的增加使金刚石呈黄色或黄绿色。 光致发光谱与双折射、紫外荧光和阴极发光形貌的比较研究，揭示了点缺陷分布与畸变区域的关系。结果显示了褐色区域-含氮发光区-变形区的对应关系，表明褐色金刚石的颜色由两种类型的缺陷中心产生：一种为塑性变形造成的分布于(110)滑移线，由氮原子与位错空位共同形成的氮-空位中心，以h3为主，其它还有535.9，575.9，612.4，617和626nm中心，h3与片状偏析氮(ns(100))成正相关；第二种为基质中因滑移形成的空位-填隙子。Ⅰa型褐色金刚石的颜色由两种色心共同引起，Ⅱ型褐色金刚石的褐色主要由第二种的空位-填隙子引起。 要使褐色褪掉，针对第一种色心，需采用高温高压处理，破坏片状偏析氮(ns(100))使其分解出单独替代氮原子(c心)，作为电子施主，然后空位-填隙子发生复合；而对于第二种色心，加热处理即可发生空位-填隙子的复合而褪色。 塑性变形是褐色形成的必要条件。同步辐射x形貌揭示了不同形式的塑性变形。随变形程度的增大可分为：滑移带，镶嵌结构，孪晶和非均匀变形(扭折带)。可见同步辐射x射线形貌是最有效的研究金刚石(整体)塑性变形的方法，能显示滑移，孪晶与扭折等塑性变形的主要方式以及变形程度。分析显示高温高压改色过程使塑性变形程度变大，滑移系增多。 burgers矢量分析的结果表明，褐色金刚石中的常见位错为后期变形成因的位错，主要为1/2〈110〉的全位错，属螺型位错，走向平行[110]；其次为1/6〈112〉的不全位错，属刃型位错，走向平行于[110]或[111]。因为天然金刚石最常发育[101]，[110]与[011]晶带，其次发育[121]，[211]，[211]与[121]晶带。 采用激光装置调节晶体取向的新方法，首次在我国成功获得金刚石的同步辐射x射线单色光形貌图。 同步辐射x射线单色光形貌对塑性变形造成的晶格畸变非常灵敏，通过摇摆曲线的特征可以判断塑性变形程度。在摇摆曲线不同的峰位可拍摄到金刚石中各个不同取向部分(滑移系或孪晶)的形貌像。并且能够确定它们之间的取向差。 由褐色金刚石的x形貌特征可以得到：褐色金刚石具有很高程度的塑性变形，有多个滑移系，常见孪晶。塑性变形程度高的褐色金刚石具有宽阔，多峰的摇摆曲线，半高宽为几百至1000秒；而变形程度低的金刚石的摇摆曲线为狭窄，尖锐的单峰，半高宽在100秒左右。褐色金刚石常见滑移与孪晶结构，孪晶之间的取向差为21.75′与33.33′。 同一样品不同晶面，以及衍射摇摆曲线不同位置的单色光形貌反映了褐色金刚石中位错，滑移系，孪晶等缺陷的空间取向的三维信息。单色光形貌能够获得位错的三维立体图。 将在摇摆曲线各位置上获得的ccd图像进行叠加，可获得具有立体感的叠加形貌图。 首次在我国获得金刚石的同步辐射x射线衍射增强相位衬度图。

关 键 词： 金刚石 点缺陷 矿物谱学 呈色机制

分 类 号： [P578.16]

领　　域： [天文地球] [天文地球]