中国高温高压合成钻石的电学与磁学性质研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:nihao99520
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高温高压合成钻石(简称HPHT合成钻石)是具有优异物理性质的半导体材料和信号探测材料,在高新科技领域具有极大的应用潜力。但宝石学对HPHT合成钻石展开的研究较为局限,对其电学、磁学性质的关注基本为零,相关数据信息缺失。为此本文对国产HPHT合成钻石的电学和磁学性质进行了系统完整的研究,弥补了相关内容的空白,并为其实验室检测提供了新思路。本次研究选用具有代表性的不同颜色的国产HPHT合成钻石,利用超景深显微镜、激光共聚焦显微镜、偏光显微镜、体视显微镜对HPHT合成钻石的内外部特征进行了观察;利用X射线荧光能谱、光致发光光谱、霍尔效应测试系统、傅里叶变换显微红外光谱等测试技术,对HPHT合成钻石中的包裹体成分、晶格缺陷、杂质元素的含量和分布及其对导电性的影响等进行了系统研究;并利用超导量子干涉仪磁学测量系统对钻石的磁学性质进行了定量分析,得出以下结论:宝石级钻石的导电性主要取决于硼元素的含量及分布特征,无色HPHT合成钻石中硼元素的含量为00.1ppm,随着硼元素浓度的增高,钻石的导电能力增强。硼元素在钻石晶格中优先占据(111)晶面,且富集在表面,硼元素的分布分区导致了导电性的不均一。无色HPHT合成钻石、天然钻石、CVD合成钻石的电阻率分别为:2.7×105、4.17×1012、1.9×1012Ω·cm,无色HPHT合成钻石的导电性明显优于天然钻石和CVD合成钻石,可作为鉴定HPHT合成钻石的依据。由于含有金属触媒残余,HPHT合成钻石显示铁磁性,且净度级别较差的能够被手持磁铁吸引。天然钻石、CVD、HPHT合成钻石的磁化率均为3.403.80×10-8。天然钻石和CVD合成钻石显示抗磁性,无磁滞现象。HPHT合成钻石的磁性特征受内部磁性包裹体影响,净度级别为VVS以上的HPHT合成钻石显示抗磁性,VS及以下则显示铁磁性。随着净度级别降低,其饱和磁化强度增大,可达到10-1 emu/g;矫顽磁场增高,可达到102Oe;剩余磁化强度也增大,可达到10-2emu/g。但不同净度级别的HPHT合成钻石均具有磁滞现象,根据是否具有磁滞现象能有效区分HPHT合成钻石和天然钻石、CVD合成钻石。
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