Дефекты и микровключения в алмазах как индикаторы условий кристаллообразования и постростовых изменений

• Автор: Ширяев, Андрей Альбертович
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 251 с. : 38 ил.

Содержание

Список использованных сокращений

Введение

Глава 1. Дефекты и микровключения в алмазах (современное состояние

исследований)

1.1. Точечные и протяжённые дефекты

1.2. Микровключения и процессы алмазообразования

Глава 2. Методы исследования и модифицирования структуры образцов

2.1. Экспериментальные методы исследования

2.2. Методы воздействия на микроструктуру вещества

Часть I. Точечные и протяженные дефекты в макно- и напоалмазах

различного происхождения
Глава 3. Кислород и водород в монокристаллических алмазах:
локализация и диффузия
3.1. Примесь кислорода
3.2. Поведение примеси водорода в алмазах с различными типами
азотных дефектов
3.3. Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование поведения примесей при
деформации алмаза в условиях высоких температур и давлений
Глава 5. Рентгеновская топография алмазов с
использованием квазизапрещённых отражений
Глава 6. Наноразмерные протяженные дефекты в алмазах:
малоугловое рассеяние и позитронная аннигиляция
6.1. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов
6.2. Спектроскопия аннигиляции позитронов
6.3. Выводы
Глава 7. Спектроскопические исследования наноалмазов
7.1 Наноалмазы, синтезированные при высоких РТ-параметрах
7.2. Спектроскопическое исследование дефектов в метеоритных
наноалмазах
7.3. Выводы
Часть II. Микровключения в природных волокнистых алмазах
Глава 8. Водосодержащие флюиды в волокнистых алмазах
Г лава 9. Химические, спектроскопические и изотопные особенности
волокнистых алмазов
Основные результаты н выводы
Список основных публикаций по теме диссертации
ЛИТЕРАТУРА
Список использованных сокращений
ACM - атомно-силовая микроскопия ГПа - гигапаск&чь
ДРРЛ - диффузное рассеяние рентгеновских лучей
ИК - инфракрасная спектроскопии
KJI - катодолюминесценция
КР - спектроскопия комбинационного рассеяния
МНА - метеоритный наноалмаз
МСВИ - Масс-спектрометрия вторичных ионов и термодесорбция
МУР - Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУРР) и нейтронов (МУРН)
НА - наноалмаз
РФЭС - рентгенофотоэлектронная спектроскопия
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
УК АН - Угловая корреляция аннигиляционного излучения
УФ - ультрафиолет
ФЛ - фотолюминесценция
ЭПР - электронный парамагнитный резонанс
CVD (Chemical Vapour Deposition)- осаждение из паровой фазы
EELS - спектроскопия потерь энергии электронов
ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis) - Анализ ядер отдачи
ЕРА (Focal Plane Array detector) - двумерный детектор ИК-излучения
FWHM (Full Width at Half-Maximum) - полуширина пика на полувысоте.
NRA (Nuclear Reaction Analysis) - метод ядерных реакций ROI (Region of Interest) - области интереса
XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) - Спектроскопия тонкой структуры края рентгеновского поглощения XANES, NEXAFS (X-ray Absorption Near Edge Structure) - Спектроскопия околокраевой области края рентгеновского поглощения UNCD (Ultrananocrystalline diamond films) - Ультрананокристаллические алмазные пленки

Введение
Актуальность
Изучение ростовых и наведенных дефектов в алмазе важно и с фундаментальной, и с прикладных точек зрения, так как практически все свойства алмаза и его поведение при различных видах внешнего воздействия зависят от степени дефектности кристалла и типов дефектов. Детальное понимание дефектной структуры алмаза позволяет находить ответы на многие вопросы, связанные со свойствами материала, особенностями эксплуатации алмазных приборов и изделий, а также описывать процессы природного алмазообразования. Однако несмотря на значительный объем проведенных исследований [Бокий и др., 1986, The properties... 1992; Zaitsev 2001], поведение даже многих распространенных дефектов и примесей остается недостаточно хорошо изученным. Дефекты в решетке алмаза являются модельными объектами для химии и физики твердого тела. Алмаз также является носителем уникальной информации о процессах в мантии Земли. Более того, наноалмазы обнаруженные в составе космических пылевых частиц и в некоторых метеоритах, вкупе с астрофизическими данными, указывают на возможность широкой распространенности алмазной формы углерода в космическом пространстве.
Одним из важнейших параметров, определяющих поведение дефектной структуры материалов, является температура. Высокие активационные барьеры диффузии примесей и метастабильность алмаза при низких и умеренных давлениях сильно ограничивают возможность экспериментального воздействия на дефектную структуру этого материала. Подавляющее большинство экспериментов по изучению поведения дефектов проводят при высоких температурах, но в течение сравнительно

мантии Земли, то есть на глубинах не менее 500-600 км [Scott Smith et al., 1978; Harte and Harris, 1994].
В последние годы некоторыми исследователями развивается гипотеза о том, что силикатные (и сульфидные) включения с алмазом-хозяином генетически не связаны (обзор в Spetsius and Taylor, 2008). Предполагается, что алмаз мог захватить включения уже существующих расплавов. Если эта гипотеза верна, то анализ включений малоннформативен в плане понимания процесса алмазообразования. Наиболее существенные последствия эта гипотеза имеет для оценки возраста природных кристаллов.
Сама алмазная матрица, состоящая из чистого углерода, не позволяет получить информацию о возрасте этого минерала. Оценить возраст можно, проанализировав некоторые типы минеральных включений. Датирование силикатных [Richardson et al., 1993] и сульфидных включений [Kramers, 1979], наряду с данными о внутреннем строении алмазов, указывают на существование нескольких генераций алмазов, временной диапазон формирования которых простирается от -3.3 до -0.1 млрд. лет. Существенной проблемой многих датировок является необходимость анализа композитных образцов, т.е. включений (например, граната) из нескольких кристаллов алмаза. Очевидно, что таким образом можно получить только усредненные данные; информация о возрасте включений индивидуальных алмазов долгое время отсутствовала. Однако прогресс последних лет в области масс-спектрометрии сделал возможным анализ датировки включений сульфидов по рений-осмиевой системе [Pearson et al., 1998а, Ь]. Интересно отметить, что возраст некоторых включений в алмазах существенно превышают возраст кимберлита (пример — трубка Премьер в Южной Африке); в тоже время, известны алмазы с