研究消息

化学蒸气沉淀法生长的合成钻石,第 3 部分:检测


GEMESIS 化学蒸气沉淀法生长的合成钻石在 DiamondView 仪器中经紫外线短波辐射显示出绿色荧光 。 图片由王五一制作。
本系列的第 1 部分提供的 CVD 合成钻石的简要历史,而第二部分检查它们的属性。
 
该 CVD(化学蒸气沉积)方法生产的宝石级合成钻石外形美观,具有与天然钻石几乎相同的性能。 因其高纯度,这些 CVD 产品属于 IIa 型,仅占天然钻石的一小部分。 因此,任何 IIa 型钻石应送至权威的检测实验室进行鉴定。 先进的检测技术下,任何采用 CVD 生长法的钻石样品都可以明确地鉴定出来。
在采用 CVD 的条件下,钻石生长过程会产生易检测的特性,包括:
 
1. 低压,高能量的富氢环境
2. 生长部位的硅
3. 氮残留在生长部位
4. 生长表面的碳原子层层累积
 
富氢环境会导致缺陷,称为空位,因为偶尔有碳原子会脱离钻石晶体,造成空位。 硅原子旁边的碳空位可以形成硅空位(Si-V)中心,自然界中非常少见。 氮原子邻近的碳空位可以形成氮空位(N-V)中心,自然界中非常少见。 这两个空位的缺陷可通过光谱测量,如光致发光,紫外线照射和光吸收检测出来。 由于钻石具备层层生成的特性,而氮是非均匀地融合到层间,因而借助 DTC DiamondView 可观察到生长条纹。

借助 DiamondView 紫外成像系统,操作者可从不同方向看到样品的荧光图案。 在鉴定 CVD 合成物时,这些图案很有用。 图片由 Kevin Schumacher 拍摄。
粉红色的 CVD 合成物也很容易通过所含的大量 N-V 中心检测出来。 尽管硼会减缓生长速度致使只有少量薄膜产生,但向生长室添加硼,可生成蓝色 CVD 合成物。 即使只是薄膜,仍能显示采用 CVD 法培育出的钻石特征。

综上所述,采用 CVD 法生长的钻石很容易在宝石实验室检测出来,无论样本是何种尺寸或颜色。 可检测的特征会在热处理后(低压或高压)发生变化,但这些变化都能很好解读并可以清楚地检测出是否采用 CVD 生长合成钻石。 如需详细的科学研究和检测领域的其他参考书目,可参见由 W. Wang 等编著的《GEMESIS 公司出产的 CVD 生长合成钻石》2012 年夏季刊《宝石与宝石学》第 80-97 页。

Robert Linares 博士是咨询公司 Integrated Diamond Technologies 的所有者。 他是晶体生长技术方面的专家,是 Apollo Diamond Inc.(阿波罗钻石公司)的创始人之一。该公司是首批宝石级 CVD 合成钻石的生产商。 Linares 博士获得过 2002 年海军伯曼奖( Navy’s 2002 Berman Award),该奖项用于表彰在钻石领域的量子计算研究和应用方面取得突破的个人。


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