基于氮赋存状态转变计算金刚石形成年龄的相关问题分析

研究表明,金刚石晶体中存在氮、硼、氢、氧等多达一百多种杂质元素,其中以氮、硼和氢元素含量最多,对其研究也相对较为全面透彻;事实上,人们正是利用金刚石晶格中氮、硼杂质的含量及其赋存状态,将金刚石划分为Ⅰa型、Ⅰ     

金刚石中的氢及其在金刚石高温高压合成中的意义

氢在金刚石中往往以一定的化学态形式存在,不同类型的金刚石中氢会以不同的电荷状态进行迁移与扩散,也可以与其他杂质元素N、B、P等作用,形成(N,H)、(B,H)、(P,H)对;为高温高压合成金刚石的物质体系中引入氢,有利于提高高温高压合成金刚石的产量、粒度及品级,也将为模拟天然金刚石的形成与探讨地球深部的动力学过程提供科学线索。     

金刚石中的成键氢

金刚石中杂质相的研究一直倍受关注,但大多集中在B、N两种杂质的研究上,而对于氢在其中的赋存状态研究则刚刚开始。从振动谱学（IR、Raman）的角度对氢在金刚石中的一种赋存状态--成键氢进行的研究表明,成键氢在金刚石中可以以碳氢键、H2及 O-H键的形式存在。     

金刚石呈色机制的新观点

已知金刚石中能产生颜色的点缺陷(即色心)主要有氮、硼、空穴、填隙子以及各种形式的氮与空穴的复合体。随着各种现代微束与谱学分析技术以及量子化学计算的应用，对金刚石晶格中氮、硼以外的杂质—氢与过渡金属离子的赋存状态的研究，我们发现了新的致色点缺陷：成键氢，镍、钴离子，及其与氮的复合体，从而形成了氢致色与过渡金属离子致色的金刚石呈色机制的新观点。     

我国Ⅱ型金刚石资源亟待开发

金刚石素有“硬度之王”和“宝石之王"的美称。实际上金刚石主要是由元素C结晶而成的矿物,其中发现了六十多种杂质元素。尽管这些杂质元素在金刚石中的含量是微不足道的,但其在影响金刚石的物理性质方面却非同小可。杂质元素不仅使金刚石呈现不同的颜色,同时也影响金刚石的其它物理性质,如导电性、导热性、透光性等。     

金刚石的晶格畸变

金刚石是均质性矿物，但在偏光镜下常常显示非均质性。这给宝石鉴定带来了一定的困难。本利用偏光显微镜研究了24金刚石在正交偏光显微镜下的特性及其定向红外光谱，指出金刚石的非均质性与杂质元素如氮、硼和氢的分布不均匀有关，包裹体的存在是产生晶格畸变（塑性变形）的重要原因。这一结果与利用红外光谱、喇曼光谱和阴极发光研究的结论一致。     

金刚石呈色机制初探

金刚石按颜色一般可分为正常颜色系列和彩色金刚石系列。前者为无色到淡黄或褐色系列,色调越淡越佳,纯净无色的为上乘品［１］。彩色金刚石为具清晰、特征色调的金刚石,以淡蓝色、蓝色为上品,粉红色更珍贵,艳红色为最珍稀者。与无色金刚石相比,彩色金刚石的产量甚微。其产出原因主要是杂质和缺陷综合作用的结果［２］,如普遍认为氮是引起黄色,而硼则使钻石显蓝色。我们在研究中又发现氢是钻石中极其重要的第三种杂质,可能使钻石呈现灰色,也可能是几乎所有的钻石都带有或多或少的其他色调的原因（另文论述）。在地幔中形成的金刚石…     

贵州金刚石特征

天然金刚石以其中氮、硼含量、赋存形式分为Ⅱb,Ⅱa、Ⅰb、Ⅰa型;金刚石的成分是碳,含杂质元素50余种;其晶体特征:Ⅰ型比Ⅱ型透明度好,颜色浅,晶体完整,Ⅰ型多八面体,Ⅱ型菱形十二面体多,Ⅰ型包体少色斑多,Ⅱ型包体多色斑少.砂矿金刚石特点亦类似.     

山东蒙阴金刚石的"似玛瑙状"生长结构及氮、氢杂质分布的不均一性

阴极发光(CL)技术可揭示金刚石生长结构、阶段和过程.利用该技术首次发现蒙阴金刚石中罕见的"似玛瑙状"生长结构,并分析了该典型结构的特征和生长机制.该样品定向切片的傅立叶变换红外光谱(FTIR)微区分析表明,氮、氢杂质分布不均一,从生长中心至边缘,总氮含量和B中心百分数逐渐降低,但变化幅度较小;氢浓度呈不规则振荡,边缘区最高.该生长结构和杂质不均一特点揭示了金刚石生长过程中熔/流体的参与作用和生长条件、环境的复杂性.     

华北克拉通南缘碱性基性岩金刚石成因探讨——来自红外光谱的证据

我国最主要的金刚石产地均位于华北克拉通。目前在华北克拉通苏皖北部的碱性基性岩中发现大量的微粒金刚石,经确认这是一种不同于母岩为金伯利岩和钾镁煌斑岩的新类型金刚石。本文利用傅里叶可变红外光谱对这些金刚石进行测试和分析。研究结果表明,大多数金刚石中包含单原子氮（C心）,少部分包含双原子氮（A心）和聚集氮（B心）,其中Y心（1145~1150cm-1）与C心伴生,指示了这些金刚石大多为天然的Ib型、Ib/IaA型和IaAB型,其中以Ib型为主。N元素是金刚石中最常见的与晶格缺陷有关的杂质。该地区出土的金刚石N的含量普遍不高,通过对其中IaAB型金刚石的计算,认为该区IaAB型金刚石在地幔中赋存时间为550Ma左右,温度在1225℃左右,相当于地下150km深度。而大量Ib型金刚石的出现,说明在金刚石的初生阶段就被带出稳定区域。导致了N元素没有发生向A心的转化。     

金刚石分类、组成特征以及我国金刚石研究展望

金刚石由于其独特的物理化学性质,在经济生产与科学研究中均具有重要价值.金刚石形成于地球大于150 km的深度范围内,是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品,因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材.金刚石由碳元素组成,还含有微量的杂质元素（如氮、硼、氢、氧等）,其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用.根据金刚石的产出类型,金刚石可以划分为幔源型、超高压变质型、陨石相关型以及蛇绿岩型金刚石.全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体,对这些包裹体的研究显示,金刚石主要来源于地球150~200 km深度的岩石圈地幔.这些含有包裹体的金刚石中,仅有1%的金刚石来自于地球深部的软流圈、地幔过渡带、下地幔、甚至核幔边界.我国的金刚石产出类型多样,但是,目前仅山东蒙阴、辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值.蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展,该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代、不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,被认为是一种新的金刚石的产出类型.相对于其他国家和地区的金刚石的研究,我国的金刚石领域的研究程度相对较低,缺乏对金刚石结构、化学组成以及包裹体组成的系统研究,制约了对我国金刚石成因的认识,限制了我国的金刚石的找矿工作.因此,亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石及其围岩做进一步的研究,以期揭示金刚石的形成过程,为金刚石的找矿提供理论基础.      

石墨合成金刚石的效果

石墨是合成金刚石的碳源,不同石墨材料合成金刚石的效果及其性能各有不同。石墨材料的种类、石墨化程度、纯度、晶粒尺寸与晶形、择优取向、密度、机械压强与杂质元素等是影响合成金刚石效果的一些重要因素。影响金刚石生长的因素是多方面的,在此仅就石墨材料影响合成金刚石的效果的因素进行讨论。     

Ⅰa型褐色金刚石高温高压改色研究进展

Ⅰa型金刚石是世界上最重要的金刚石种类,约占金刚石总量的98%。利用大腔体压机通过优化温度、压力和时间等因素改善工业用途的Ⅰa型褐色金刚石的体色,是提高其经济价值并满足日益加剧的彩色金刚石市场需求的重要技术手段。但由于受金刚石原料的来源及实验技术条件的限制导致国内高温高压环境下对褐色金刚石的改色处理进展缓慢,并且改色后的金刚石很难达到宝石级别。本文对自20世纪60年代以来国内外对Ⅰa型金刚石高温高压(HTHP)改色处理的研究及所取得的成果进行了总结。已有的研究显示,在伴有塑性变形的基础上,不同结构的杂质氮是主要的致色元素。根据高温高压环境下Ⅰa型褐色金刚石内部杂质氮反应原理以及动力学机理,提出只要设计合理的样品组装方式以及恰当的改色处理所需的温压条件,我国普遍使用的六面顶压机同样具备对Ⅰa型褐色金刚石进行商业化改色处理的潜力。     

SDA人造金刚石介绍

SDA是戴比尔斯公司目前生产的金刚石中质量较好的一种。其晶形为立方八面体，透明光滑，不含包裹体杂质；有氮原子存在，但无有害杂质，通常为淡黄色。在国际市场上它占有领先地位，享有盛誉。     

湖南发现天然产出的Ⅰb型金刚石

正金刚石结构是由两个面心立方点阵沿立方晶胞的体对角线偏移1/4单位嵌套而成的晶体结构。按N含量和N聚集类型,金刚石一般分为Ⅰa型、Ⅰb型、Ⅱa型和Ⅱb型(含B元素)。研究证实,金刚石形成时杂质N主要以孤N(C中心)形式存在,在一定条件下,孤N逐渐转变为双原子N(A中心),这一转变过程所需时间较短,因而在自然界中Ⅰb型金刚石较少见。Ⅰb型金刚石以孤原子氮的存在形式被作为合成金刚石的证据。目前,华北和扬子地区金刚石矿产调查二级项目组在湖南发现了8粒Ⅰb型金刚石,     

地球深部分子氢（？）的发现

地球深部分子氢（？）的发现陈丰，丁振华（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）薛理辉（武汉工业大学测试中心，武汉４３００７０）关键词金刚石，氢，深部地球化学氢是最简单的元素，也是宇宙中丰度最高的元素。高压下分子氢的相变是８０年代的热门课题。但在...     

金刚石的微区显微红外光谱分析及其意义

金刚石的微区显微红外光谱分析表明：金刚石的形成是一个结晶物化条件变异，原始物质变换的复杂而又漫长的过程；杂质N、H等在其中的分布不均匀；同一晶体的中心部位其氮聚合态的转变时间与边缘相差约602Ma；金刚石中的成键氢以对应－CH3的C－H键形式存在要比对应于＞C＝CH2的C－H键形式存在更为广泛。利用红外光谱研究晶化固态物质必须强调定向及微区研究的意义。     

津巴布韦天然立方体与八面体镶嵌结构金刚石中氮、氢缺陷择优取向

天然金刚石形成于地球深部,反映丰富的地幔信息及演变历史[1-2]。金刚石中特征的氮原子缺陷是追溯其地幔存留时间和保存温度的重要依据[3-4],氮缺陷近年来也被认为是实现量子计算的优良载体,成为炙手可热的研究热点[5-6]。本世纪初新发现的储量巨大的津巴布韦砂矿型天然金刚石,引起了国内外学者的极大关注[7-10]。我们对已获得的津巴布韦金刚石样品进行预研究,注意到该产地金刚石具有特殊的立方体-八面体同时发育的镶嵌结构(下文简称mixed-habit),其氮和氢含量丰富,且氮和氢分别沿八面体生长区{111}和立方体生长区{100}具有择优取向特点。这种mixed-habit结构,不同于传统天然金刚石以八面体生长为主的结构[11],而与高温高压(HPHT)合成金刚石的结构较为相似[12],因而具有特殊的地质学背景和研究意义。我们将在下一阶段对这类金刚石在不同生长方向氮和氢缺陷存在形式及分布规律进行深入定量研究。重点通过电子顺磁共振光谱(EPR)对于不同氮缺陷如孤氮、双氮等的浓度比、占位形式和晶格畸变程度、自旋状态等进行表征,弥补传统红外光谱对于氮缺陷表征的不足。利用密度泛函理论(DFT)模拟不同氮缺陷的形成能解释实验观测的氮缺陷择优取向分布规律。根据对氮缺陷的聚集状态推算对应地幔存留时间和保存温度,追溯其形成过程和演变历史。     

金刚石中氢的研究及其意义

含氢对于天然与高温高压合成金刚石体内而言是固有的，但是对CVD金刚石来说并非固有。氢可以稳定存在于晶格位、键心、反键心及四面体空隙等金刚石的结构属性中，也可以存在于显微流体包裹体中。即便是在 1473K下淬火，氢在金刚石中也并不发生迁移或扩散，表明氢在金刚石结构中是自陷的。金刚石中的氢的研究对于地幔矿物学及材料科学等均有重要理论意义和实际意义。     

基于红外光谱-拉曼光谱研究山东郯城砂矿的金刚石及包裹体类型

对山东郯城砂矿中的金刚石开展了傅里叶红外光谱和显微激光拉曼光谱的测试,结果显示,红外光谱均可见C—C的本征峰;绝大多数可见氮的吸收峰:双氮的吸收峰、聚合氮的吸收峰和氮片晶的吸收峰;部分可见氢的吸收峰:C—H的吸收峰、C—N的吸收峰和H2O的吸收峰.郯城金刚石以Ⅰa型金刚石为主,有ⅠaA、ⅠaB、ⅠaAB型,而Ⅱa型仅1粒;氮类型包括双氮(A心)、聚合氮(B心)及氮片晶(B'心),说明金刚石中的孤氮(C心)已经转化为双原子氮,但部分双原子氮未完成进一步的聚形.金刚石拉曼峰值集中在1131 cm–1,拉曼位移漂移程度较小,说明金刚石内部应力发生小幅的变化.在郯城金刚石中首次发现柯石英包裹体,出现139 cm–1、152 cm–1、212 cm–1、272 cm–1、328 cm–1、356 cm–1、428 cm–1和529 cm–1左右的拉曼峰值.在1粒金刚石中柯石英包裹体数量多达十余个,直径几μm至几十μm,呈针状、哑铃状、浑圆状和短柱状等多种形态.郯城金刚石中柯石英包裹体的出现,可作为郯城地区存在榴辉岩型金刚石的可靠标志,也佐证了该地部分金刚石的来源可能和洋壳循环或者俯冲过程有关.镁橄榄石包裹体上覆分散的黑色石墨斑点,与山东蒙阴、辽宁和湖南金刚石中的镁橄榄石等不同种类包裹体具有相似特征,推测这些石墨斑点是晶体包裹体形成后,由于外部环境温压条件的变化产生.