ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА Николаева К.Н.,Федотова М.А.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова


Номер: 4-3
Год: 2014
Страницы: 92-94
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

алмаз, Ик-спектроскопия, дефекты алмаза, diamond, ir-spectroscopy, diamonds defects

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Исследование содержания и состояния примесного азота является одной из главных проблем физики и материаловедения природных и синтетических алмазов. В статье определяются тип, основные дефекты и интенсивность концентрации дефектов методом анализа ИК-спектра кристалла алмаза.

Текст научной статьи

Для исследований алмазов широко применяются мощные неразрушающие методы, такие как фотолюминесцентная томография, фотолюминесценция, спектроскопия поглощения в видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной областях, и другие. Эти методы исследований позволяют устанавливать и идентифицировать примесные и собственные дефекты их кристаллической структуры [1]. Для исследования форм вхождения азота в исследуемый образец целого кристалла алмаза, массой 1.41 карат, типа Rejection Stone и общего содержания концентрации этой примеси, был применен метод ИК - спектроскопии [2,3]. Целью работы было определение типа и концентраций основных дефектов. Для определения интенсивности концентраций дефектов основной задачей было определение оптимального метода вычисления. Спектроскопия была проведена на ИК-Фурье-Спектрометре Perkin Elmer Paragon 1000 в области 4000-300 см-1 при скорости сканирования 4 скана в секунду при разрешении 4 см-1. В спектре поглощения исследуемого кристалла в области 1700-2500 см-1 (рис.1): форма спектра поглощения идентична поглощению природных алмазов I типа: три широкие полосы около 1900, 2200 и 2500 см-1 (собственное поглощение в решетке алмаза). В полученном ИК - спектре кристалла алмаза, в котором на ряду с алмазными пиками отображен пик 1282 см-1, соответствующий А - дефекту. Рис.1. Спектр поглощения исследуемого образца кристалла алмаза Согласно современным представлениям, азотные центры А содержат пару атомов азота в соседних узлах решетки и вызывают в однофонной области ИК-спектров поглощения систему полос 480, 1100, 1215 и 1282 см-1[4] (рис.1). В 1985 году группой исследователей было выдвинуто предположение, что дефект В (В1) является агрегатом четырех атомов азота, расположенных тетраэдрически вокруг вакансии. В ИК-области центр вызывает систему полос поглощения 1010, 1100, 1175, 1332 см-1. В 1968 году Е.В. Соболевым [2] и другими исследователями была выделена независимая полоса В2 и показана связь размера пластинчатых дефектов, видимых в электронный микроскоп, с интенсивностью пика на 1359-1378 см-1(рис.1). Также в кристалле выявлены водородные центры, проявляющиеся в спектрах пиком около 3107 см-1 (рис.1). Интенсивные группы линий около 2355 см-1 относится к колебаниям газообразного СО2. СО2 - поглощение в объеме алмазов и оно не может быть полностью устранено очисткой поверхности. Его концентрация больше чем у водорода, и равна 2,2 см-1. Полоса 1570 см-1 приписывается дефекту с двумя межузельными атомами [4,6], полосы 1411, 1557 и 1903 см-1 и несколько повторений идентифицируется, как межузельный атом в комплексе с другим собственным дефектом [6]. В природных алмазах переходного типа IaAВ часто регистрируются слабые полосы с максимумами около 1524 и 1550 см-1 , впервые обнаруженные Сазерлендом [7], но их целенаправленное исследование и сопоставление почти не проводится. Возможно, это объясняется слабым проявлением в спектрах на фоне системы поглощения воды в диапазоне 1300-1900 см-1, значительно повышающем уровень шума. В исследуемом же мной спектре эти линии отсутствуют, но кристалл принадлежит к типу IaAВ, потому что в спектре поглощения обнаружен смещенный пик дефекта В2 с максимумом на 1369 см-1. В исследовании [4] установлено, что в некоторых спектрах поглощения типа IaAВ эти полосы отсутствуют, когда как максимум полосы В2 сдвинут в более длинноволновую область (1362-1365 см-1). В остальных положение максимума меняется от 1366 до 1376 см-1 , контур более ассиметричен с затяжкой в коротковолновую область, что и наблюдается в исследуемом ИК-спектре. Рис. 2. Спектр пропуская исследуемого образца кристалла алмаза Спектр пропуская природного алмаза (рис.2) характеризует резким подъемом при 225 см-1, затем резкое падения объясняемое малой примесью бора, меньше 1%, коэффициент поглощения у него так же невысок 1,9 см-1. Также наблюдаются пики соответствующие азотсодержащим дефектам, на 500-1000 см-1 , а также дефект N3 на 1300-1400 см-1 с максимумом интенсивности 2,2% . В спектре пропускания отмечаются шумовые колебательные пики - поглощение атмосферного воздуха на 2350 см-1 , поглощение атмосферной воды от 1400-1650 см-1, колебательная дуга водородных соединений. 3200-3500 см-1 . В исследуемом спектре кристалла можно также рассчитать концентрацию основных азотных дефектов, предположить тип месторождения [9]. Устанавливаются соотношения концентраций основных дефектов, благодаря которым можно предположить месторождение, из которого добыты алмазы, в рамках исследованных кимберлитовых трубок. По проценту пропускания рассчитывается оптическая плотность, коэффициент пропускания, и концентрация азота. Поэтому, за толщину кристалла берутся усредненные коэффициенты концентрации по ширине, толщине и диаметру кристалла алмаза. Таблица 1 Толщина, мм Центр А, ррм Центр В1, ррм 0,55 148,28 212,37 0,4 210,26 220,26 0,66 129,36 179,70 162,64 204,11 По получившимся данным интенсивности концентраций (таблица 1) и низкому содержанию водорода, можно отнести данный кристалл к умеренно-титанистому типу месторождения трубки Мир. При помощи ИК-спектроскопии установлено, что исследованный кристалл алмаза относится к переходному типу IaAВ. В кристалле обнаружен А-, В1-, В2-, N3-, водород в малых концентрациях, что говорит о термических реакциях воздействовавших на кристалл, как при термообработке.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.