三个产地金刚石的电子顺磁共振特征及其产地意义

如题所述

通过对辽宁、山东和湖南三地金刚石的顺磁共振谱图分析及其相应的数据处理,可以得出:

(1)绝大多数样品的波谱图中都出现了氮原子交换作用对附加宽谱,而氮原子交换作用对附加宽谱通常出现在孤氮浓度不均匀的高浓度区域,在孤氮浓度相对均匀的波谱图中不明显(图4.108,HN–4),可以推测在三地金刚石样品中,孤氮的分布绝大多数是不均匀的。在天然金刚石中,这种孤氮分布不均匀的现象受金刚石形成环境的影响:在均匀稳定的环境中形成的金刚石,孤氮的分布是相对均匀的,反之,孤氮的分布是不均匀的(蔡秀成等,1987)。

(2)三地金刚石的EPR谱图中出现了三线谱、超精细结构推测为测试时样品的选择方位不同造成的;同时,在波谱图中还出现其他谱峰的原因是,在天然金刚石中有其他缺陷(氮原子交换作用对、NV-、GR1-8等)对电子的顺磁性产生了一定影响造成的(詹瑞云等,1996)。

(3)由LN-50-241、246和252 的EPR谱图及相应的顺磁性参数特征可知,产地相同、颜色相同、晶形不同的样品EPR特征无明显差异;由1-1、HN-4和120-HN的EPR谱图及相应的顺磁性参数特征可知,产地相同、颜色不同、晶形相同的样品EPR特征有一定的差异:淡蓝绿色样品1-1的g值和线宽ΔH均略低于淡黄色样品120-HN的和褐色样品HN-4的,造成这种差异的原因可能是颜色不同的样品对电子的作用不同所引起的。产地不同、颜色和晶形也相同的样品EPR特征无明显差异。从样品LN-50-252和5-LW-02可以看出,产地、颜色和晶形相同,紫外光谱741nm辐照吸收峰的出现会对其EPR谱图略产生一定的影响,但对EPR的g值和线宽ΔH几乎无影响(蒙宇飞等,2004;2005)。推测为因样品(LN-50-252)受辐照程度较低而产生的缺陷较少,不足以对其g值和线宽产生影响。

(4)从表4.13中的g值大小可以得出,山东的略大于辽宁的,辽宁的略大于湖南的。这说明湖南金刚石样品中的自由基结构优于辽宁和山东,自由基的种类相对于辽宁、山东较为单一,推测为湖南金刚石样品中的缺陷种类较之辽宁与山东少,进一步推测为湖南金刚石的形成环境均匀稳定于辽宁和山东。这一推测可从湖南金刚石结晶度优于其他两产地,其表面特征较之简单获得一定的支持。

(5)三产地金刚石的相对谱线宽度由宽至窄依次为,ΔH(山东)大于ΔH(辽宁),ΔH(辽宁)略大于ΔH(湖南)。这说明在山东的金刚石中,弛豫作用较强,自由基的能量差较大,推测为金刚石的结晶度差影响了自由基的能量,或是自由基浓度差使得整个样品中总体能量降低。

(6)三产地金刚石的自由基浓度(ρ)由高至低依次为,ρ(山东)>ρ(辽宁)>ρ(湖南)。这说明山东金刚石样品中的孤氮浓度高于辽宁和湖南。结合结论(4)可以推测,山东金刚石的结晶度低于辽宁金刚石的,辽宁金刚石的结晶度低于湖南金刚石的,进而可推测为山东金刚石的形成环境较之辽宁和湖南更为复杂,这与三地的g值结果非常吻合。

孤氮在Ib型金刚石中的含量最高。若沿Ib型金刚石的特定方向进行电子顺磁共振检测,会分别出现一组等强度等间距的三线谱[100],两组等间距、强度比近似为1∶1∶2∶1∶1的三线谱[110],三组间隔不同、强度比近似为1∶2∶3∶2∶1三线谱[111](徐凤宝等,1985;李勋贵等,1992)。由于本次实验所选择的样品均为含量最高的Ia型金刚石,且所测试的方向为任意方向,所以,得出的波谱图更能反映出天然金刚石的本质特征,更具普遍意义。

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