Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Ионно-лучевая модификация свойств природных алмазов : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.05

Год: 2013

Номер работы: 33355

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

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 являют

Алмаз является одним из самых уникальных по своим свойствам минералов. Он известен человечеству в течение нескольких тысячелетий, что подтверждается сведениями из древних рукописей Индии третьего тысячелетия до н.э. Упоминания об алмазе сохранились в дохристианских источниках II тысячелетия до н.э. В одном из пятикнижий Моисея можно найти запись об алмазе, как украшении для служебных одежд первосвященника Аарона. Римлянин Плиний Старший в I веке н.э. описывает железные камнерезные инструмен

По происхождению алмазы имеют различный генезис, их находят в определенных типах каменных и железных метеоритов, в импактитах, метаморфических комплексах высокого давления, в специфических земных породах - кимберлитах и лампроитах. Встречаются также алмазы в ксенолитах глубинных пород - эклогитах и пироповых перидотитах, а также в различных по возрасту и генезису россыпях [2, 43, 118, 137, 199, 310]. Промышленные типы месторождений алмазов делятся на два:

1) месторождения коренного ти

Алмаз состоит из углерода, об этом впервые в 1704 г. высказал предположение Ньютон. Экспериментально это было подтверждено в конце XVIII века [302]. Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, пространственная группа симметрии - 0 \ - Fd3m [21]. Кристаллическая структура характеризуется ковалентной связью, элементарная ячейка - гранецентрированный куб, Z=8, координационное число - 4 (Рис. 1). Параметр решетки ао= 0,357 нм, р = 3,515 г/см3, расстояние между соседними атомами углерода 0,154

Современная физическая классификация алмазов включает четыре типа [17,24,43,106,137,146]. Тип 1а - наиболее распространенный (до 98% от всех находок) тип природных алмазов, содержащих до 0,3% азота. В зависимости от формы вхождения примесного азота в типе 1а выделяют несколько подтипов: IaA - алмазы, в которых основная форма вхождения примесного азота в виде дефекта А; IaBl - алмазы, в которых основная форма вхождения примесного азота в виде дефекта В1; 1а (А, В1,

В2) - алмазы, содержащ

Показатель преломления алмаза равен 2,417 при натриевом свете (X = 589,3 нм). В зависимости от длины волны показатель преломления алмаза меняется. Значение показателя преломления в диапазоне X = 441,1 - 762,8 нм меняется от 2,4482 до 2,4024, то есть дисперсия составляет 0,0458 [43, 137, 152]. Показатель преломления минерала понижается при воздействии на алмаз гидростатического давления и повышается при его нагревании. Характерным свойством кристаллов алмаза является аномальное двупреломлени

Среди алмазов под встречается действием большое количество кристаллов, люминесцирующих ультрафиолетового, рентгеновского, катодного и других типов излучений. При различном воздействии свечение алмазов может отличаться как по цвету, так и по интенсивности. Наиболее изученными видами люминесценции алмазов, возбуждаемых источниками энергии, являются их различными (ФЛ), фотолюминесценция рентгенолюминесценция (РЛ) и катодолюминесценция (КЛ). Самым широко используемым методом исследован

Исследования электрических свойств алмазов начались еще в 70-е годы XX века. В это время появились сообщения о разработке алмазных микросхем, диодов Шоттки, транзисторов и лазеров [3, 146]. Практически все алмазы являются диэлектриками, но они могут также рассматриваться как полупроводники с очень широкой запрещенной зоной 5,7 эВ. Удельное сопротивление идеального алмаза 1070 ом-см"1, но за счет дефектов структуры оно снижается до 1014-1016 ом-см"1. У алмазов типа На удельное сопрот

Первые попытки синтезировать алмаз были осуществлены еще в XIX веке. Состав алмаза был уже известен, но были трудности с обеспечением 25 технологического процесса - высокие давления и температуры. Уровень развития техники этого времени не давал возможности достичь необходимых значений этих параметров. Первые расчеты зависимости температуры равновесия для прямого превращения графит-алмаз от давления были выполнены Россини Ф.Д. и Джессоном Р.С. (1938) и Лейпунским О.И. (1939), которые не соо

Уникальные физико-механические и физико-химические свойства (наивысшие: модуль упругости, твердость, теплопроводность, поверхностная энергия и др.) послужили основой широкого применения алмаза в технике и, в первую очередь, для изготовления инструментов: для металлообработки, камнеобработки, обработки стратегическим материалом алмазов для в бриллианты. Алмазы являются машиностроения, стройиндустрии, геологоразведки, электроники, оптики, топливно-энергетического комплекса. Статистика п

Как было сказано ранее, теоретически идеальный алмаз должен быть бесцветным. Но такие алмазы редки, как правило, небольшой оттенок в окраске имеется, причем он может быть настолько слабым, что его видит только тренированный глаз эксперта. Наличие у алмаза и, соответственно, у бриллианта различных окрасок связано с вхождением в структуру алмаза элементов-примесей, а также наличием дефектов в структуре. В зависимости от интенсивности окраски алмазы можно условно разделить на традиционно 33 ювел

Предлагаемая работа выполнена на стыке двух фундаментальных естественных наук - физики и геологии. Во второй главе данной диссертации приводятся краткие сведения об основных экспериментальных методах изучения объектов, а также об используемых методических разработках. В процессе работы для решения поставленных задач были использованы методические исследования разработки минерального ряда современных физических базисным методов методом Для вещества. Основным, ионная экспериментальных исс

Прошло более полувека с того времени, как ионная имплантация сформировалась в самостоятельную область науки и техники. За эти годы ионная имплантация нашла себе многочисленные применения в различных отраслях естествознания: физике, химии, биологии, медицине, металлургии и др. С начала 60-х годов прошлого века в мире получил особо широкое распространение метод ионно-лучевой обработки твердых тел с целью направленного изменения и модификации их структурных и физических свойств. Методика ионной

Обычно природные алмазы бесцветны, но нередко встречаются кристаллы самых разнообразных цветов и оттенков. По проблеме цветности и природе окраски алмазов было выполнено большое количество работ. Общий обзор по оптической спектроскопии и окраске алмазов выполнил Орлов Ю.Л. [137]. Оптическая спектроскопия в настоящее время представляет собой один из эффективных физических методов исследования тонких конституционных особенностей минералов. и обусловленных ими кристаллохимических по адсорбционн

Среди алмазов нередко встречаются кристаллы, люминесцирующие под воздействием ультрафиолетовых, катодных, рентгеновских и у-лучей, при облучение частицами высоких энергий, а также при нагревании и под влиянием разности потенциала электрического заряда. Люминесценция не является свойством собственно идеализированного алмаза, а связана исключительно с присутствием в его структуре разнообразных дефектов, а именно с наличием в их структуре примесных ионов азота, образующих в зависимости от форм

Кристаллохимическое изучение имплантированных алмазов проводилось дополнительно с использованием методики электронного парамагнитного резонанса. Задачей данных исследований было подтверждение и, в отдельных случаях, уточнение информации, касающейся трансформации электронно-дырочных центров в процессе ионной имплантации алмазов. Исследование природных и синтетических алмазов с помощью метода ЭПР показало, что в этих объектах практически всегда присутствует парамагнитный азот, который и

Основу современной физической классификации алмазов заложили Робертсон Р., Фокс Д., Мартин А., которые впервые обратили внимание на то, что существует два характерных типа спектров поглощения света в РЖдиапазоне и, соответственно, два типа природных алмазов [281]. В инфракрасном диапазоне наблюдаются колебания основных азотных центров — А, В ь В 2 и С (см.

глава 1). В связи с этими особенностями в работе были проведены исследования по изучению азотных центров и выявлены механизмы их тр

Спектроскопия комбинационного рассеяния света - метод, в основе которого лежит способность исследуемых систем (молекул) в неупругих колебаниях рассеивать длины монохроматический волны. Задачей свет [135-136, 145, 176] определенной исследования предлагаемой 51 диссертационной работы было выявление изменений параметров головной линии 1332 см"1, относящейся к поглощению С-С группы в имплантированных алмазах, которая связана с уровнем перехода Fi g в кристаллической структуре минерала. Р

При высокодозной ионной имплантации изменение микроструктуры материала в приповерхностном слое приводит, зачастую, к его вспуханию. Данное явление наблюдается практически во всех твердотельных материалах. Частично, оно объясняется

введением большего количества дополнительных имплантированных атомов. Однако в алмазе при сравнимых условиях имплантации вспухание оказывается значительно больше, чем в других кристаллических материалах. В алмазной матрице оно уже не может быть объясн

Помимо методов описанных выше, исследование исходных и имплантированных алмазов проводилось с помощью стандартизированных геммологических приборов. Это было необходимо для выявления возможных временных изменений наведенной окраски образцов. Параллельно изучалась насыщенность наведенной окраски в имплантированных бриллиантах, изменения основного цветового тона и насыщенности спектрального цвета, а также производилась экспертная оценка геммологических характеристик бриллиантов. Стандартный ин

Глава 3. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ИМПЛАНТИРОВАННЫХ АЛМАЗОВ Настоящая интерпретации

глава посвящена по экспериментальному проведению изучению и результатов высокодозной ионной имплантации ионов гелия в кристаллическую структуру природного алмаза.

Ионная имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов Не+ проводилась на специализированном ионно-лучевом ускорителе ИЛУ-3 при комнатной температуре в остаточном вакууме 10"5 торр. Плотность ионного тока составила I = 1,5 - 5,0 мкА/см . Доза облучения варьировалась в интервале от 1,0 х 10 16 до 7,4 х 10 16 ион/см2. Было имплантировано 4 ограненных алмаза (бриллианта) и проведен 21 цикл ионной имплантации. Время (t) собственно имплантационной обработки образцов определялось в

Высокодозная имплантация ионов гелия в бесцветные, прозрачные ограненные алмазы приводит к существенному изменению цветовых характеристик образцов. На микроспектрофотометре, описанном в гл. 2 данной диссертации, в высокоточном режиме «счета фотонов» записаны оптические спектры поглощения в диапазоне длин волн 400-800 нм. Оптические спектры поглощения изученных образцов алмазов приведены на рис.

3.1. Оптический спектр поглощения необлученного, исходного алмаза представляет собой практич

Особенностями центров новообразованной фантазийной окраски в алмазах является то, что они связаны с различными электронно-дырочными центрами, которые появляются в процессе ионной имплантации в алмазы ионов гелия. Люминесцентная спектроскопия является одним из самых информативных методов при изучении различных электронно- колебательных спектров с хорошо выраженной колебательной структурой, которые позволяют непосредственно получать ряд сведений о природе центра, характере фононного спектра кр

Как было отмечено ранее, в процессе ионной имплантации в алмазах образуются различные дефекты, в основном точечные междоузлия. облучения В литературе приводятся свидетельства, при комнатных температурах вакансии и что в процессе становятся междоузлия подвижными и происходит их рекомбинация с вакансиями, что в свою очередь приводит к образованию новых комплексов [24]. Вышеописанные результаты по оптической спектроскопии поглощения показали, что окраска имплантированных алмазов связана с вак

Как было отмечено ранее, в основе современной классификации алмазов лежит их подразделение на группы по содержанию основных дефектных центров 1а (А, В ь В 2 ), lb (С), На, ПЬ (алмаз, содержащий ионы бора) [146]. Базовым методом, который используется для определения основных азотных центров в алмазе, является инфракрасная колебательная спектроскопия. По форме спектров инфракрасного поглощения алмазы делят на два типа: тип 1 - с однофононном поглощением, тип 2 - без поглощения в однофононном ра

Спектроскопия комбинационного рассеяния наиболее чувствительна к высокосимметричным ковалентным связям с незначительным или отсутствующим дипольным моментом. Углеродные связи в кристаллической структуре алмаза полностью соответствуют спектроскопия комбинационного рассеяния этому критерию, поэтому способна обнаруживать мельчайшие изменения в структуре минерала, и это делает ее чрезвычайно ценным методом исследования. В данном разделе диссертации описываются исследования, которые проводились

имплантированных алмазов При ионной имплантации зачастую происходит изменение микроструктуры облучаемой поверхности образца. Однако, в алмазе при сравнимых условиях ионной имплантации радиационное повреждение поверхности оказывается значительно больше, чем в других кристаллических материалах. В алмазной минеральной матрице оно уже не может быть объяснено только принудительным

введением дополнительных атомов. Здесь, как известно, определяющую роль играют многочисленные радиационные де

Как было отмечено, в процессе имплантации ионами гелия алмазы приобрели яркую фантазийную окраску. Природные алмазы с естественными яркими цветами встречаются крайне редко и имеют высокую стоимость. На данный момент существуют различные методы облагораживания алмазов с приданием им различных цветов [4, 148]. Целью выявлению данного раздела особенностей диссертации для являются исследования по геммологической идентификации облагороженных алмазов, окраска которых изменена с помощью метода ио