початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2237113
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ АЛМАЗІВ фантазійні ЧЕРВОНОГО КОЛЬОРУ

Ім'я заявника: Вінс Віктор Генріхович (RU)
Ім'я винахідника: Вінс Віктор Генріхович (RU)
Ім'я патентовласника: Вінс Віктор Генріхович (RU)
Адреса для листування: 630058, Новосибірськ, вул. Російська, 43, В.Г. Винсу
Дата початку дії патенту: 2003.06.26

Винахід відноситься до області обробки (облагороджування) алмазу для додання їм різній колірній забарвлення і може знайти застосування в ювелірній промисловості. Спосіб полягає в тому, що в кристалічній решітці природного алмазу типу Ia, що містить дефекти А, або природного високоазотистих алмазу типу Ia, яка містить понад 800 ppm домішок азоту у вигляді дефектів А чи В1, формують ізольовані атоми азоту в позиції заміщення - дефекти С. Природний алмаз типу Ia, що містить дефекти А, отжигают в апараті високого тиску при температурі понад 2150 ^o С при стабилизирующем тиску 6,0-7,0 Gpa, потім опромінюють потоком електронів 5 · 10 ¹⁵ -5 × 10 ¹⁸ см ^-2 при 2 -4 МеВ і піддають відпалу в вакуумі при температурі не менше 1100 ^o С. Природний високоазотистих алмаз типу Ia, що містить більше 800 ppm домішок азоту у вигляді дефектів А чи B1, опромінюють високоенергетичним потоком електронів з дозою опромінення понад 10 ¹⁹ см ^-2 і піддають відпалу в вакуумі при температурі не менше 1100 ^o С. Отримують алмази фантазійного червоного кольору для діамантів з стійкими NV центрами забарвлення, що поглинають в діапазоні довжин хвиль 400-640 нм.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області обробки (облагороджування) алмазів для додання їм різній колірній забарвлення, зокрема надання природним алмазам унікального фантазійного червоного кольору, і може знайти застосування в ювелірній промисловості.

Відомий спосіб отримання алмазів червоно-жовтих і чорного відтінків, заснований на принципі колірного накладення, тобто отримання бажаного кольору шляхом змішування у зразку природного кольору з "нанесеним" шляхом впливу потоком електронів в інтервалі 5 · 10 ¹⁵ -5 × 10 ¹⁸ см ^-2 і відпалом при 300-1900 ^o С протягом часу від 30 хв до декількох годин як при атмосферному тиску, так і в надвисокому вакуумі або з імпульсним нагріванням. Процес повторюють неодноразово для отримання потрібної кольоровості (RU 2145365 С1, 10.02.2000).

Сучасна загальноприйнята фізична класифікація алмазів на типи описана у великій кількості наукової літератури (наприклад, Walker John Optical absorption and luminescence in diamond - Reports on Progress Physics, 1979, v.42) і поділяє алмази на чотири типи:

• IIа - малоазотістие алмази. Основні класифікаційні ознаки: відсутність поглинання в інфрачервоній області спектра, яскраво виражений край фундаментального поглинання в ультрафіолетовій області спектра при 225 нм. Алмази цього типу досить рідкісні, їх зміст не перевищує 2% від загальної маси природних алмазів;
• IIb - блакитні напівпровідникові алмази. Містять ще менше азоту, ніж алмази IIа. Блакитне забарвлення і напівпровідникові властивості обумовлені домішкою бору. Форма входження бору - ізольований атом в позиції заміщення;
• Іа - найбільш поширений тип природних алмазів (до 98%), що містять до 0,3 атомних відсотків азоту. Найбільш часто зустрічаються формами входження примесного азоту є дефекти А, що представляють собою тісний азотну пару в сусідніх вузлах кристалічної решітки, і дефекти В1, що представляють собою чотири атома азоту навколо вакансії;
• Ib - найбільш рідко (менше 0,2%) зустрічаються в природі алмази і складають більшість синтетичних алмазів. Містять ізольовані атоми азоту (дефекти С) як домішка заміщення в кількості до 0,05 атомних відсотків (приблизно 5-6 ppm). Смуга поглинання, пов'язана з дефектами С, починається у видимій області, близько 500 нм, і посилюється в бік коротких довжин хвиль, обумовлюючи жовте забарвлення алмазів типу Ib.

Відомо, що для додання алмазу різних відтінків червоного кольору серед усього розмаїття природних алмазів за допомогою методів оптичної спектроскопії виділяють кристали, що містять частину примесного азоту у вигляді ізольованих атомів заміщення (дефектів С). За фізичної класифікації алмазів на типи такі кристали можуть бути віднесені або до типу Ib, або до змішаних типів Ia + Ib або Ib + Ia. У роботі (Collins А.Т. Migration of nitrogen in electron irradiated typed Ib diamond - J.Phys. C: Solid State Phys., 1978, v.11, 10, L417-L422) описані фундаментальні процеси трансформації дефектів в кристалічній решітці алмазу типу Ib при їх опроміненні потоком високоенергетичних електронів (10 ²² м ^-2 / 2 МеВ) і наступного відпалу в вакуумі (800 ^o С, 2 ч). У процесі опромінення виникає велика кількість первинних радіаційних дефектів: вакансій і інтерстицій. Подальший високотемпературний відпал у вакуумі забезпечує отримання стійких NV центрів забарвлення, що представляють собою ізольовані атоми азоту в позиції заміщення з вакансіями в сусідніх вузлах кристалічної решітки. Такі дефекти мають поглинання в червоній області спектра при довжинах хвиль менше 640 нм (1,945 еВ) і зумовлюють різної інтенсивності червоне забарвлення кристалів алмазу.

Відомий спосіб отримання пурпурного алмазу алмазу на основі синтетичного алмазу. (US 4950463 А, 21.08.1990). Відповідно до даного способу синтетичний алмаз типу Ib з вмістом азоту у вигляді дефектів З в діапазоні 8 × 10 ¹⁷ -1,4 х 10 ¹⁹ ат / см ³ (або від 4,5 до 80 ppm) опромінюють потоком електронів в діапазоні 5 · 10 ¹⁶ -2 · 10 ¹⁸ cм ^-2 при 2-4 МеВ з подальшим відпалом у вакуумі не менше 10 ^-2 торр при температурі 800-1100 ^o с протягом більше 20 год. Отримують кристали пурпурного алмазу з NV центрами забарвлення, мають поглинання в діапазоні 500-640 нм при піку 570 нм.

Однак, як встановлено з аналізу спектрів збудження люмінесценції в роботі Вінса В.Г. (Спектроскопія оптично активних дефектів в синтетичному алмазі - Автореф. Дис. Кан. Фіз.-мат. Наук, Мінськ, 1989, 21 с.), NV центри поглинають в діапазоні 400-640 нм. І це поглинання в алмазах типу Ib накладається на поглинання дефектів С, що починається і зростаюче при довжинах хвиль менше 500 нм. В результаті сумарний спектр поглинання алмазу типу Ib з NV центрами лежить в діапазоні довжин хвиль 400-640 нм.

Завданням винаходу є створення такого способу отримання алмазу фантазійного червоного кольору, який дозволяв би в кристалічній решітці природного алмазу типу Іа отримувати стійкі NV центри забарвлення, мають поглинання в червоній області спектра при довжинах хвиль 400-640 нм.

Для цього використовують кристали природного алмазу типу Іа і в його кристалічній решітці формують ізольовані атоми азоту в позиції заміщення - дефекти С, опромінюють високоенергетичним потоком електронів і піддають високотемпературній відпалу в вакуумі.

При цьому природний алмаз типу Іа містить домішка азоту у вигляді дефектів А чи є високоазотистих і містить домішка азоту у вигляді дефектів А чи В1 з концентрацією більш 800 ppm.

Природний алмаз типу Іа, що містить домішки азоту у вигляді дефектів А, попередньо піддають в апараті високого тиску високотемпературного відпалу при температурі понад 2150 ^o С і стабилизирующем тиску 6,0-7,0 Gpa (так званої НРНТ -оброблення), потім опромінюють високоенергетичним потоком електронів 5 · 10 ¹⁵ -5 · 10 ¹⁸ см ^-2, переважно 10 см ^-2 при 2-4 МеВ і піддають високотемпературній відпалу в вакуумі при температурі не менше 1100 ^o С.

Природний високоазотистих алмаз типу Іа, що містить домішки азоту у вигляді дефектів А чи В1 з концентрацією більш 800 ppm, обробляють високоенергетичним потоком частинок, наприклад електронів, з дозою опромінення понад 10 ¹⁹ см ^-2 і піддають високотемпературній відпалу в вакуумі при температурі не менше 1100 ^o С.

Наші експериментальні дані вказують, що при НРНТ -оброблення природного алмазу типу Іа, що містить домішка азоту у вигляді дефектів А (пара азоту в сусідніх вузлах кристалічної решітки), при температурі понад 2150 ^o С має місце дисоціація приблизно 15-20% дефектів А з утворенням поряд з іншими дефектами дефектів з в концентрації не менше 10 ppm. Як показали попередні дослідження, наведені В Інсом В.Г. (Зміна кольору коричневих природних алмазів під дією високих тисків і температур. Записки Всеросійського Мінералогічного суспільства, 2002 4, стор. 112-119), при більш низьких температурах НРНТ -оброблення (менш 2150 ^o С) дисоціація дефектів А і відповідно утворення дефектів З не відбувається. Дефектів С, що утворюються при температурах НРНТ -оброблення більш 2150 ^o С, цілком достатньо, щоб в ході подальшого за НРНТ -оброблення опромінення потоком електронів і високотемпературним відпалом алмазів в вакуумі утворилися стійкі NV центри забарвлення, мають поглинання в червоній області спектра при довжинах хвиль 400 -640 нм і забезпечують алмазу різні відтінки фантазійного червоного кольору.

Механізм появи в кристалічній решітці алмазу дефектів С при опроміненні природного високоазотистих алмазу типу Іа, що містить домішка азоту у вигляді дефектів А (пара азоту в сусідніх вузлах кристалічної решітки) або В1 (чотири атома азоту навколо вакансії) з концентрацією більш 800 ppm, великими дозами високоенергетичних частинок, наприклад електронів, пов'язаний зі зміщенням атомів азоту, що входять до складу дефектів А і В1, в межузельние положення. У процесі подальшого за опроміненням високотемпературного відпалу межузельние атоми азоту анігілюють з вакансіями, утворюючи ізольовані атоми азоту в позиції заміщення, тобто дефекти С. і спостерігалося поглинання в вузькій смужці 1346 см ^-1, обумовлене дефектами С. Тобто в кристалічній решітці алмазу поряд з міжвузольні атомами азоту з'являються і ізольовані атоми азоту в позиції заміщення - дефекти С. Концентрація дефектів З становить при цьому близько 5 ppm. Потім утворилися таким чином дефекти З захоплюють вакансії, утворюючи стійкі NV центри забарвлення, мають поглинання в червоній області спектра при довжинах хвиль не більше 640 нм і забезпечують алмазу різні відтінки фантазійного червоного кольору.

Всі зміни в наборі і концентрації оптично активних дефектів, таких як А, В1, С, N3, Н3 і NV центри забарвлення, в кристалічній решітці алмазу визначалися по інтенсивності відповідних смуг поглинання в інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій областях спектру.

Приклади способу отримання алмазів фантазійного червоного кольору зі стійкими NV центрами забарвлення, що поглинають в діапазоні довжин хвиль 400-640 нм.

приклад 1
Використовують кристал природного алмазу масою 1,84 карата, спочатку містить домішковий азот у формі дефектів А з концентрацією 92 ppm, і дефектів В1 з концентрацією 258 ppm. У спектрах інфрачервоного поглинання і спостерігалися смуги 1370 і 1430 см ^-1, обумовлені "плейтелітсамі" і вузька лінія 3107 см ^-1, обумовлена домішковими водневими дефектами. У видимому діапазоні спектра при довжинах хвиль менше 650 нм, спостерігався монотонний зростання поглинання в сторону коротких довжин хвиль. Спостерігалися слабкі системи поглинання 415 нм і 503 нм, обумовлені дефектами N3 і Н3. По виду спектрів поглинання і набору домішкових дефектів кристал однозначно відповідав алмазів типу Іа. Алмаз піддають НРНТ -оброблення в апараті високого тиску при температурі 2150 ^o С і тиску 7 ГПа протягом 10 хвилин. В ході НРНТ -оброблення концентрація дефектів А зменшилася до 71 ppm, концентрація дефектів В1 залишилася на колишньому рівні і утворилося близько 20 ppm дефектів С. Інтенсивність поглинання, пов'язаного з "плейтелітсамі", зменшилася в три рази; поглинання, пов'язаного з домішковим воднем, більше не спостерігалося. У видимому діапазоні спектра спостерігалося зростання поглинання при довжинах хвиль менше 550 нм. Край пропускання перебував при 423 нм. У спектрах присутні системи: 503 нм - дуже слабкої інтенсивності і 990 нм в ближній інфрачервоній області. Колір кристала після НРНТ -оброблення став зеленувато-жовтим. По набору домішкових дефектів кристал вже визначався як алмаз змішаного Ia + Ib типу.

Потім кристал опромінюють електронами енергією 3,0 МеВ і дозою 10 ¹⁸ см ^-2. Опромінення з такими параметрами створює в кристалічній решітці алмазу близько 10 ppm вакансій, що збігається з даними отриманими на синтетичних алмазах, наведеним Вінсом В.Г. (Зміна кольору синтетичних алмазів внаслідок опромінення швидкими електронами і наступного відпалу. Вісник геммология, 2002 2 (5), с.19-33). Колір кристала після опромінення був непрозорий темно-зелений. Потім алмаз поміщають в вакуумовану кварцову ампулу, в якій його отжигают протягом 24 годин при 1100 ^o С. У процесі відпалу за рахунок міграції вакансій і їх захоплення ізольованими атомами азоту в кристалі утворилося від 1,5 до 2,0 ppm NV центрів забарвлення. Поглинання NV центрів забарвлення, що спостерігається при довжинах хвиль менше 640 нм, з максимумом при 570 нм, наклалося на вихідне (до опромінення швидкими електронами і наступного відпалу) поглинання з краєм пропускання при 423 нм, що зумовило кінцевий колір кристала алмаза, який був визначений як інтенсивний фантазійний пурпурово-червоний.

приклад 2
Використовують кристал природного алмазу масою 2,948 карата, який містить дефекти А, з концентрацією, що не дозволяли записати спектри інфрачервоного поглинання. Від нього відпилюють шматок масою 0,236 карат, і з цього шматка виготовляють дві плоскопаралельні пластинки товщиною 0,2 і 0,3 мм. Концентрація дефектів А в обох пластинках склала близько 800 ppm. У спектрах інфрачервоного поглинання спостерігалася одна система смуг з найбільш інтенсивної смугою +1282 см ^-1, характерною для алмазів типу Іа, що містять дефекти А. Край поглинання знаходився в ультрафіолетовій області спектра при 300 нм. Поглинання в видимому діапазоні відсутнє. Обидві пластинки опромінюють потоком високоенергетичних електронів (3,0 МеВ, 10 ¹⁹ см ^-2). У процесі опромінення пластинки стали повністю чорного непрозорого кольору. Після опромінення пластинки отжигают в вакуумированной кварцовою ампулі при температурі близько 1100 ^o С протягом 24 годин. Відпал відновив прозорість обох платівок, надавши їм інтенсивний фантазійний фіолетово-червоний колір.

У спектрах інфрачервоного поглинання крім системи смуг, пов'язаної з дефектами А, спостерігалося поглинання в смузі 1450 см ^-1, яка зв'язується з проявом в спектрах одиночного міжвузольні атома азоту, що описано і для кристалів синтетичного алмазу (Малоголовець В.Г. Вивчення примесного складу і реальної структури синтетичних алмазів спектроскопічними методами. Автореферат дисертації к.ф.-м.н., Київ, ІПМ АН УРСР, 1979, 21 с.). і спостерігалося поглинання у вузькій смузі 1346 см ^-1, обумовлене дефектами С. Тобто в кристалічній решітці алмазу поряд з міжвузольні атомами азоту з'явилися і ізольовані атоми азоту в позиції заміщення (дефекти С). Концентрація дефектів З склала при цьому близько 5 ppm і у видимому діапазоні спектра з'явилася інтенсивна система поглинання 640 нм, що свідчить про утворення NV центрів забарвлення.

Після фарбування обох платівок в червоний колір аналогічні технологічні процедури були зроблені і з рештою великим шматком алмаза масою 2,712 карата. Він і змінив свій колір з спочатку прозорого на інтенсивний фантазійний фіолетово-червоний.

Таким чином, пропонований спосіб може знайти застосування для отримання алмазів фантазійного червоного кольору, придатних для виготовлення діамантів. За даним способу можна обробляти (облагороджувати) всі природні алмази типу Іа, що не містять в початковому стані домішка азоту в формі дефектів С, але мають в будь-яких концентраціях домішки азоту у вигляді дефектів А і / або B1.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Спосіб отримання алмазів фантазійного червоного кольору зі стійкими NV центрами забарвлення, що поглинають в діапазоні довжин хвиль 400-640 нм, шляхом опромінення потоком електронів і відпалу при температурі не менше 1100 ^o С в вакуумі, що відрізняється тим, що використовують природний алмаз типу Ia і в його кристалічній решітці формують ізольовані атоми азоту в позиції заміщення - дефекти з - шляхом високотемпературної обробки в апараті високого тиску при температурі понад 2150 ^o с при стабилизирующем тиску 6,0-7,0 Gpa, здійснюваної перед опроміненням високоенергетичним потоком електронів з дозою 5 · 10 ¹⁵ -5 × 10 ¹⁸ см ^-2 при 2-4 МеВ при використанні алмазів, що містять дефекти А, або шляхом опромінення вискоенергетіческім потоком електронів з дозою опромінення понад 10 ¹⁹ см ^-2 при використанні високоазотистих природних алмазів, що містять більше 800 ppm домішок азоту у вигляді дефектів А чи B1.

Версія для друку
Дата публікації 19.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів