改色的高温高压处理

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色心是指透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种缺陷。

在特定的条件下，很多材料中都可观察到色心。容易产生色心的材料有碱金属卤化物、碱土金属氟化物和部分金属氧化物。色心可以在电离辐射的照射下产生，也可以在一定的氧化或还原性气氛中加热晶体得到，还可以用电化学方法产生出一些特定的色心。最常见并研究的最充分的是碱金属或碱土金属卤化物中的F色心，F色心是俘获了电子的负离子空位。正离子空位缺陷俘获空穴形成的色心称做V色心。另外，还有其他类型的色心，如H色心、M色心和R色心等。BaFBr：Eu中的F色心有F（F）和F（Br）两种，分别对应于材料中俘获了电子的两种阴离子空位。这种材料中的色心可以被用来存储X射线的图像，当由BaF-Br:Eu材料制成的屏在X射线照射下，X射线的图像在存储屏内产生由F色心构成的潜像，在红色激光的激励下，F色光中的电子被释放出来，与Eu2+离子复合并发出的特征光，利用光接收设备和计算机处理可以得到X射线衍射图像仪中，这种图像仪可以提高医学检验的效率和图像的质量。

钻石色心：N3色心

IB型钻石晶体中的离散氮原子在高温高压条件下会逐渐聚合形成2个或2个以上氮原子的聚合体，使得IB型钻石变成了IA型钻石。在氮的聚合过程中，最有利于生成含3个氮原子的聚合体，其次是含2个和4个氮原子的聚合体，生成其他氮原子聚合体的可能必 小。这些氮原子的聚合体都会对光产生不同程度的吸收。其中2个和4个氮原子的聚合体会在红外波长范围产生吸收，3个氮原子的聚合体会吸收蓝色可风逊色使钻石呈**，被称为N3色心，是钻石中最重要的色心之一。N3色心由三个氮原子与一个碳原子结合而成。N3色心的零声子峰值位于415NM处，其吸收波段主要扩展到短波紫外波长，同时也向长波波段扩展到波长约420NM处。

一般情况下，N3色心总是伴随着一个的峰值位于478NM处的N2吸收峰。N2吸收峰的强度与N3色心的强度有关，N3色心越苦心经营，N2吸收峰也越强。相对于N3色心，N2吸收峰在可见光范围的吸收强度较弱。N2吸收峰不是一条零声子线，因而N2吸收峰不代表一个色心，其原因是N2吸收峰不能产生相应的荧光辐射。由于在可见短波范围波长越短人眼颜色视觉越低，位于478NM处的N2吸收峰产和平衡牟效能大于位于415MN秘的N3色心零声子线。

N3色心和N2吸收峰组成著名的“开普“吸收光谱。”开普“光谱最早是在产于南非开普城附近的**钻石中发现的，因故得名。N3色心和N2吸收峰形成一个可风逊色吸收带，一般在光谱仪下观察到的是位于415MN处的一条强吸收峰线，所以N3吸收峰又被之为“开普”线。所有的IA型钻石都具有“开普”线，因而绝大多数的天然钻石都具有吸收强度不同的“开普‘线。

当IA型和IB型钻石含量相同时，IA型钻石要比IB型钻石的**饱和度低很多。这一现象说明，当IB型钻石中的离散氮原子在高温高压下形成IA型钻石中的聚合氮色心时，氮原子对可风逊色的吸收减弱。IB型钻石中的离散氮原子在可见光的短波范围产生一个很宽的吸收带。IA型钻石中的聚合氮所产生的N3色心在可见了光波长范围主要产生一个很窄的415NM吸收峰，其宽吸收带位于可见光的短波末端和紫外范围，对于颜色的视觉影响很小。另外一部分氮原子生成2个和4个氮原子的聚合体，在可见光波长范围没有吸收。由于以上原因，IB型钻石中的氮离散原子要比在IA型钻石中相同含量的氮原子聚合体对短波光的吸收强很多，钻石产生的**饱和度也相应高很多。人工合成钻石时，氮原子以离散的形式存在，属于IB型。当含离散氮的合成钻石再经高温高压处理后，部分离散的氮原子会形成聚合体，产生聚合氮色心，其**变浅，从而达到改善颜色的目的。

本项目在辽宁、山东、湖南各发现一颗IaB+IaAB混合型钻石。三件样品在DiamondView下观察到的荧光图像具有相似的生长结构特征（图518，图版Ⅴ），并可划分为早期成核与生长、后期生长两个阶段。样品的B中心转化率由中心到边缘逐渐降低（如图519）。

图518 IaB+IaAB 混合型钻石在DiamondView下的荧光图像

Figure 518 DiamondView fluorescence image of IaB+IaAB mixed type diamond

图519 LN-50-247 红外光谱及B中心转化率变化

（采样点如图518）

Figure 519 Infrared spectra of sample LN-50-247 and the change of B center conversion rate

（sampling points shown in Figure 518）

中央区域结构均匀，颜色相对均一，为早期成核与生长阶段，外围呈深蓝色荧光，中央呈强蓝白色荧光。亮蓝色到深蓝色荧光被认为与N3中心有关（Field，1992）。强蓝白色荧光可能是该处N3中心含量较高所致。样品在这一阶段生长环带不明显，氮含量相对较低。表明样品成核阶段可能处于相对封闭的环境之中，且熔/流体的粘性、碳过饱和度等相对适中，结晶环境较为平衡。

样品的后期生长阶段，LN-50-247在DiamondView下表现为明显的同心圈层结构，与陈美华等（2000；2006）在山东、辽宁金刚石中发现的“似玛瑙状”环带结构相似，该结构的金刚石被认为结晶于粘性大、碳过饱和且远离平衡的特定生长环境中，由早期多生长中心相邻或聚集形成复杂的结晶中心，金刚石在高温下的塑性变形、生长过程中的生长停顿与熔/流体的熔蚀作用均可导致该类结构的形成。后续的结晶过程在混合生长机制（螺旋位错生长+层状生长）、局部不均匀熔蚀或变化的结晶条件等因素共同作用下，沿早期不规则种晶形态生长成近同心的圈层结构。但LN-50-247在早期生长阶段并未形成多个生长中心，而后期生长阶段则是按混合生长机制结晶，各圈层界限清晰，荧光颜色不均，表明样品周围环境的周期性变化及生长过程中熔流体的存在和参与。SD-701-013和22-HN的后期生长阶段呈“开放”的八面体环带生长结构，这种结构可能是由于围绕晶体角顶及边部的层生长不完善引起（Frank et al，1994；Felix et al，2004）。各环带间界限明显，边界基本平直，宽窄不一，荧光颜色有差异。

IaB+IaAB混合型金刚石的氮、氢元素及类型分布如图520（图版Ⅴ），其中IaB型金刚石的红外光谱缺失1282cm-1的吸收峰，该峰是由双原子氮引起。选择基线范围1233-1～1390cm-1，得到双原子氮的相对浓度分布。

图520 LN-50-247杂质浓度分布图

Figure 520 Impurity concentration of sample LN-50-247

从图520中双原子氮浓度分布可以发现，样品中央的蓝色区域为IaB型金刚石，基本无1282cm-1吸收峰，即无双原子氮存在，该区域与DiamondView图像显示的样品早期成核与生长阶段较为吻合。外围区域为IaAB型，即图中绿色至红色区域。红外光谱测试发现，样品由中心至边缘氮、氢浓度的变化与DiamondView观察到的生长结构相对应。DiamondView荧光图像显示的生长结构特征能够与显微红外光谱分析获得的结果相互验证。分析样品氮、氢含量的规律及变化趋势，表明样品不同阶段生长环境变化大，且出现明显的生长停顿。