彩色CVD钻石的谱学特征及呈色机理研究——以蓝色和粉色CVD钻石为例

化学气相沉积(CVD)技术被广泛应用于钻石的合成。CVD钻石在供应能力、品质、成本和技术创新等方面均表现出显著的优势,为钻石市场带来了广阔的应用前景。颜色的多样性是钻石魅力的重要组成部分,而钻石的颜色成因机制一直是研究的热点问题。本研究选取6颗彩色CVD钻石(4颗粉色和2颗蓝色)样品为例,通过常规宝石学仪器、DiamondView^(TM)、傅里叶变换红外光谱仪、GEM-3000紫外-可见珠宝检测仪、激光拉曼光谱仪、超景深显微镜等仪器对其进行测试,探讨其谱学特征及呈色机理,获得如下认识:(1)蓝色CVD钻石样品的内部不可见包裹体,在DiamondView^(TM)下未见层状生长结构。粉色CVD钻石样品具有细小黑色包裹体,短波紫外荧光下具强橙红色荧光,在DiamondView^(TM)下样品A01-A03可见明显层状生长结构。样品A04未见生长结构特征。层状生长结构和紫外荧光特征可以作为初步判定CVD钻石的依据(图1);(2)蓝色CVD钻石样品A05和A06的红外光谱特征显示其具有H1a心(1450 cm^(-1)),紫外吸收光谱显示具有GR1色心(741 nm)。粉色CVD钻石样品A03在红外光谱中显示1330 cm^(-1)的孤氮吸收峰,样品A01、A02、A04则无氮原子存在形式的相关表征。粉色CVD钻石样品A01-A04的紫外光谱显示存在[N-V]^(0)(579 nm)缺陷、[Si-V]^(-)(737 nm)缺陷以及[Si-V]^(0)(945 nm)的相关吸收。所有CVD钻石样品在拉曼光谱中均显示1335 cm^(-1)的钻石拉曼本征峰(图2-图4);(3)蓝色CVD钻石样品为工艺过程中加入B元素造成了红光到蓝光逐渐减弱的吸收,与GR1色心缺陷、经辐照处理后再经退火处理导致的H1a心和以617 nm为中心的吸收带导致在短波蓝光区产生明显的透射等共同作用导致其呈蓝色。粉色CVD钻石样品的呈色与N元素等晶格缺陷有关,样品A01-A04具有[N-V]^(0)和[Si-V]^(-)/0缺陷,样品A03的氮杂质为替代氮。