袁昌洪 姚文毫 张正杰

摘 要：压力、温度分别为6.5 GPa、1300℃的实验条件下，在FeNi-C体系中添加硫脲（CH4N2S），利用温度梯度法研究了金刚石的合成。傅里叶红外光谱（FTIR）测试结果表明所制备的典型金刚石样品中除了含有N杂质外，还有氢（H）缺陷且其对应的特征吸收峰分别位于2850 cm-1和2920 cm-1处。

关键词：高温高压；金刚石；杂质

1 引言

金刚石俗称“钻石”，其是一种集最大硬度、最大热导率、最宽透光波段、击穿电压高、耐强酸强碱、抗辐射等诸多优异特性为一体的极限功能材料，其广泛应用于工业、科技、军事国防、医疗卫生、首饰珠宝等领域。[1-4]天然金刚石的形成需要经过漫长的地质年代，其形成环境处于高温高压环境的地壳中，在金刚石形成的地壳中有铁、氮、碳酸盐、硫酸盐、碳氢化合物等复杂的化学物质。尽管人们对金刚石性能的认识有了较多的认识，然而对天然金刚石的成因机制尚需要进一步的研究。

众所周知，掺杂是对金刚石改性的最有效的技术手段之一，而采用粒子注入法尽管可以在一定程度上对金刚石进行改性，但是高能粒子会引起金刚石结构的变化，使得金刚石局部由sp3杂化相变为sp3杂化的石墨相。当金刚石中引入杂质元素之后，可以改变其电学、光学、机械等特性，例如硼掺杂金刚石可以赋予金刚石P型半导体特性且可以提高其抗氧化能力、氮杂质会影响金刚石的光学特性等。由于CH4N2S中的元素都是地壳中的元素，且CH4N2S在高温高压条件下分解之后所产生的元素可以对金刚石改性，以拓展金刚石的应用潜能。……