HPHT法合成钻石中蓝绿色与橙色磷光现象对比  

Comparison between Greenish-Blue and Orange Phosphorescence in HPHT Synthetic Diamond

作　　者：邵天 吕芳琳 罗恒 刘太巧 沈锡田 SHAO Tian;LYU Fanglin;LUO Heng;LIU Taiqiao;Andy Hsitien Shen(Gemmological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China;The Institute of Technological Sciences,Wuhan University,Wuhan 430072,China)

机构地区：[1]中国地质大学(武汉)珠宝学院,湖北武汉430074 [2]武汉大学工业科学研究院,湖北武汉430072

出　　处：《宝石和宝石学杂志（中英文）》2024年第S01期6-9,共4页Journal of Gems & Gemmology

基　　金：中国地质大学(武汉)珠宝学院院立研究项目(CIGTXM-04-S202301)。

摘　　要：高温高压(HPHT)法合成钻石常具有蓝绿色磷光,在220~300 nm范围短波紫外光的激发下,能够持续数秒至数十分钟的时间。此外,部分HPHT法合成钻石在220~380 nm范围紫外光照射下还会出现橙色磷光,且具有较长的持续时间和不同的空间分布规律。橙色与蓝绿色磷光的相互叠加使HPHT法合成钻石的磷光颜色呈现出随时间变化的发光特征,是鉴定HPHT法合成钻石的重要依据之一。早期理论研究[1]提出,这两种发光现象源于相似的机制模型。近年来的深入研究指出蓝绿色磷光源于孤立硼原子(B S)与氮硼施受主对复合(Donor-acceptor Pair Recombination,DAPR)的相互作用,而对橙红色磷光的空间分布、光谱特征、相关缺陷研究还有许多空白[2-4]。本研究旨在通过多种光学手段记录、表征以及对比分析蓝绿色与橙色磷光在空间分布、发光特征以及缺陷相互作用上的差异,进而为橙色磷光机制研究提供初步的实验支撑。实验表明,蓝绿色与橙色磷光在光致发光的激发条件、偏振性、动力学过程等方面存在差异,基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电子顺磁共振谱(EPR)和自制光学测试平台的缺陷分析也排除了孤氮缺陷(N S)在橙色磷光中所扮演角色的可能,预示了橙色磷光与B S和更深层能级的缺陷有关。兼具蓝绿色和橙色磷光的HPHT法合成钻石样品的发光图像及其发射光谱的衰退特征如图1所示。在低于228 nm本征激发条件的DiamondView^(TM)以及在汞灯光源的短波紫外光(SWUV@254 nm)和长波紫外光(LWUV@365 nm)条件下,在典型钻石样品中可观察到三种不同的发光特征:蓝绿色、蓝绿色与橙色叠加,以及橙色磷光。基于自搭建测试平台实验,不同光源激发下HPHT法合成钻石的发光特征得到了量化表征和色度学计算。样品在本征激发下以~2.5 eV蓝绿色发光为主,而LWUV条件下以~2.1 eV橙色发光为主。当使用能量(或波长)介Besides the greenish-blue one,the orange phosphorescence(-590 nm,2.1 eV),reported by Watanabe et al.,in 1997,is another diagnostic feature for separating high-pressure-high-temperature(HPHT)synthetic diamonds from others.Interestingly,the greenish-blue phosphorescence probably has some connection with the orange one.For instance,the greenish-blue one decays much faster in diamonds which contain both phosphorescence features.However,the basic description of the orange phosphorescence is still limited.Using photoluminescence(PL),thermoluminescence(TL)and other technologies,we characterized the optical features of the orange phosphorescence.It is highly likely due to other defects,rather than the nitrogen-boron pair(Zhao et al.,2023;Zhang et al.,2023),for its distinct excitation,polarization and thermoluminescence features.

关 键 词：高温高压法合成钻石 发光动力学 磷光 热释光 偏振光谱 

分 类 号：TQ164[化学工程—高温制品工业]