Ионно-лучевая модификация свойств природных алмазов

• Автор: Николаев, Анатолий Германович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ИСТОРИЯ ВОПРОСА
1Л. Краткий исторический очерк
1.2. Генезис и геология месторождений алмаза
1.3. Состав, структура алмаза и включения в нем
1.4. Классификация и дефекты алмаза
1.5. Оптические свойства и окраска алмаза
1.6. Люминесценция алмаза
1.7. Электрические, термические и механические свойства алмаза
1.8. Синтетические алмазы
1.9. Области применения алмазов
1.10. Облагораживание алмазов
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Ионная имплантация и постимплантационный отжиг
2.2. Адсорбционная оптическая спектроскопия
2.3. Люминесцентная оптическая спектроскопия
2.4. Электронный парамагнитный резонанс
2.5. Инфракрасная колебательная спектроскопия
2.6. Комбинационное рассеяние света
2.7. Атомно-силовая микроскопия
2.8. Геммологические исследования
Глава 3. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИМПЛАНТИРОВАННЫХ
АЛМАЗОВ
3.1. Ионная имплантация в кристаллическую структуру алмаза

3.2. Адсорбционная оптическая спектроскопия
3.3. Люминесцентная оптическая спектроскопия
3.4. Электронный парамагнитный резонанс
3.5. Инфракрасная колебательная спектроскопия
3.6. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
3.7. Атомно-силовая микроскопия поверхности имплантированных
алмазов
3.8. Геммологическое исследование имплантированных алмазов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена комплексному экспериментальному изучению природных алмазов, свойства которых модифицированы высокодозной имплантацией ионов гелия.
Имеющийся на сегодняшний день, значительный экспериментальный и теоретический потенциал знаний в области кристаллохимии и физики минералов, находит себе широкое применение в различных областях естественных наук, а также в промышленности и отраслях хозяйственной деятельности. Одним из приоритетных направлений в настоящее время являются фундаментальные и прикладные работы в сфере нанотехнологий, открывающие новые перспективы в самых различных направлениях. Метод ионно-лучевой имплантации как эффективный способ легирования и модификации структуры и физических свойств полупроводников на субмикронном (нанометрическом) уровне на протяжении последних 30-лет широко используется в современной микроэлектронике. С другой стороны алмаз - минерал, давно известный человечеству благодаря своим уникальным свойствам, широко используется не только в ювелирной промышленности, но и во многих других областях науки и техники. Именно это сочетание нанотехнологии ионной имплантации и уникальных свойств алмазов и определило озвученную выше тему диссертационной работы. В этом отношении актуальность тематики диссертации определяется возможностью расширения и использования минерально-сырьевой базы за счет создания новых модификаций алмаза с заведомо прогнозируемыми и заданными физическими и технологическими свойствами.
Работа выполнена на стыке двух научных дисциплин: кристаллохимии минералов и радиационной физики твердого тела. Диссертация написана по материалам работ, выполненных автором на кафедре минералогии и литологии Казанского федерального университета. Все эксперименты по имплантации быстрых ионов гелия в кристаллы природных алмазов

светло-коричневый цвет, становятся желто-зелеными, а коричневого цвета в окраске при этом не наблюдается [32,43, 234].
Обесцвечивание коричневых алмазов возможно в том случае, если в качестве исходных взяты алмазы с пониженным содержанием азота или безазотные. Обработка таких алмазов в условиях НРНТ приводит к частичному или полному снятию пластических деформаций структуры, которые собственно и вызывают появление коричневой окраски. Данная технология получила название GE-POL [226, 234, 266, 294].
Желто-зеленый цвет, как и другие (кроме голубого) получают при обработке алмазов содержащих азот в той или иной форме. В зависимости от дефектно-примесного состава исходных алмазов можно получить розовый цвет с различными дополнительными оттенками: желтым, коричневатым, оранжевым, сиреневым [307].
Изменение цвета алмаза с помощью покрытия, нанесенного
преимущественно на павильон бриллианта известно очень давно. Сейчас технология нанесения покрытий стала более совершенной [292].
Новая технология нанесения покрытий разработана Serenity Technologies. С помощью этой технологии получают алмазы различного цвета: фиолетовые, розовые, красные, зеленые, желто-оранжевые. В состав покрытия как основной компонент входит Si02, металлы и оксиды металлов присутствуют в качестве примесей. Аи или Ag являются основной примесью в покрытиях пурпурнорозового, голубого и желтого цвета; Fe характерно для оранжевых покрытий. Толщина покрытия менее 60 нм. Розовое покрытие получается при нагреве допированной золотом пленки. Голубое покрытие связано с серебром: по мере увеличения содержания серебра в кремнекислородной пленке растет поглощение света в красной области спектра, придавая камню голубой цвет. Желтое покрытие также содержит в своем составе ионы серебра. В оранжевом покрытии основным компонентом является оксид железа [43, 234].
В геммологии неоднократно предпринимались попытки облагораживания алмазов и на сегодняшний день известен ряд способов придания бесцветным