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高温高压下氮氢协同掺杂对{100}晶面生长宝石级金刚石的影响

房超 贾晓鹏 颜丙敏 陈宁 李亚东 陈良超 郭龙锁 马红安

高温高压下氮氢协同掺杂对{100}晶面生长宝石级金刚石的影响

房超, 贾晓鹏, 颜丙敏, 陈宁, 李亚东, 陈良超, 郭龙锁, 马红安
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  • 在压力为5.56.2 GPa, 温度为12801450 ℃的条件下, 利用温度梯度法详细考察了氮氢协同掺杂对100晶面生长宝石级金刚石的影响. 实验结果表明伴随合成腔体内氮、氢浓度的升高, 合成条件明显升高, 金刚石生长V形区间上移; 晶体的红外光谱中与氮相关的吸收峰急剧增强, 氮含量可达2000 ppm, 同时位于2850 cm-1和2920 cm-1对应于 sp3杂化 CH 键的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外特征峰逐渐增强, 表明晶体中既有高的氮含量, 同时又含有氢. 对晶体进行电镜扫描发现, 氮氢协同掺杂对晶体形貌影响明显, 出现拉长的{111}面, 且晶体表面上有三角形生长纹理. 拉曼测试表明, 晶体的峰位向高频偏移、半峰宽变大, 说明氮、氢杂质的进入对晶体内部产生了应力. 本文成功地以{100}晶面为生长面合成出高氮含氢宝石级金刚石单晶, 在探究氮氢共存环境下金刚石生长特性的同时, 也可为理解天然金刚石的形成机理提供帮助.
      通信作者: 马红安, maha@jlu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51172089)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-04
  • 修回日期:  2015-10-18
  • 刊出日期:  2015-11-20

高温高压下氮氢协同掺杂对{100}晶面生长宝石级金刚石的影响

  • 1. 吉林大学, 超硬材料国家重点实验室, 长春 130012;
  • 2. 北京高压科学研究中心, 长春 130012
  • 通信作者: 马红安, maha@jlu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51172089)资助的课题.

摘要: 在压力为5.56.2 GPa, 温度为12801450 ℃的条件下, 利用温度梯度法详细考察了氮氢协同掺杂对100晶面生长宝石级金刚石的影响. 实验结果表明伴随合成腔体内氮、氢浓度的升高, 合成条件明显升高, 金刚石生长V形区间上移; 晶体的红外光谱中与氮相关的吸收峰急剧增强, 氮含量可达2000 ppm, 同时位于2850 cm-1和2920 cm-1对应于 sp3杂化 CH 键的对称伸缩振动和反对称伸缩振动的红外特征峰逐渐增强, 表明晶体中既有高的氮含量, 同时又含有氢. 对晶体进行电镜扫描发现, 氮氢协同掺杂对晶体形貌影响明显, 出现拉长的{111}面, 且晶体表面上有三角形生长纹理. 拉曼测试表明, 晶体的峰位向高频偏移、半峰宽变大, 说明氮、氢杂质的进入对晶体内部产生了应力. 本文成功地以{100}晶面为生长面合成出高氮含氢宝石级金刚石单晶, 在探究氮氢共存环境下金刚石生长特性的同时, 也可为理解天然金刚石的形成机理提供帮助.

English Abstract

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