你知道金刚石分为多少种吗？

金刚石是由碳原子组成的晶体，其中的每个碳原子与周围的4个碳原子以共价键相连，构成正四面体结构.金刚石的组成元素除了碳元素之外，往往还含有一些其他的杂质元素，如氮(N）、硼(B）、氢(H）、硅(Si）和氧(O）等，在这些杂质元素中，N和B元素含量最高且最为重要，是金刚石划分的重要依据。

利用红外吸收光谱仪对金刚石中N的含量进行分析，金刚石可以被划分为I型金刚石和II型金刚石。I型金刚石中杂质氮的含量通常高于20×10^-6，足以被红外吸收光谱仪检测到。而II型金刚石中杂质氮的含量通常高于20×10^-6，不足以被红外吸收光谱仪所检测到。

I型金刚石根据其内部的杂质氮原子在晶格中的聚焦状态，可以被划分为Ia和Ib型金刚石(图1)。Ia型金刚石中的氮原子表现出较为复杂的聚集状态，在晶格中的氮原子通常与其他的氮原子相邻。Ia型金刚石可以进一步划分为IaA型、IaB型和IaAB型(IaA和IaB型之间的过渡类型）。IaA型金刚石中两个氮原子组成的A心与晶格中的其他氮原子相互独立，互不接触。IaB型金刚石的晶体结构中则包含由4个氮原子围绕着一个空缺，形成B心(N4）。Ib型金刚石的氮原子的聚集状态较为简单，仅仅由一个氮原子代替一个碳原子，不同的氮原子之间相互独立、互不相邻，这种类型的杂质氮被称作孤立氮，单替代氮或者碳心。金刚石中氮的聚集状态是受金刚石结晶的地幔源区的温度以及在地幔中的滞留时间所确定的。Ia型金刚石可能在上地幔1000-1400℃的温度滞留了200-2000Ma，而Ib型金刚石则可能在上地幔800℃的温度滞留了与Ia型金刚石相似的时间，或者在与Ia型金刚石相似的温度范围内滞留了很短的时间。

II型金刚石同样可以被进一步划分为IIa型和IIb型。IIa型金刚石不含或含有极微量的杂质氮或硼，且杂质氮或硼的含量不足以被红外吸收光谱仪所检测到，而IIb型金刚石不含杂质氮，但是含有杂质硼原子。IIb型金刚石中的杂质硼原子以单原子的形式替代金刚石中的碳原子。

图1 不同类型的金刚石的内部原子的排布特征

由于金刚石的颜色受控于晶体内部的杂质元素以及晶格缺陷，金刚石的类型往往与颜色密切相关，例如天然的Ia型金刚石通常为无色、棕色、粉色或者紫罗兰色,氮浓度在2000ppm左右；天然的Ib型金刚石通常为棕色、黄色或者橙色，氮浓度在300ppm左右；天然的IIa型金刚石外观上表现为无色、透明，氮浓度在<1ppm；天然的IIb型金刚石不含氮杂质，但含有一定量的硼，通常为天蓝色。

图2 不同类型金刚石外形 (从左至右依次为Ia、Ib、IIa、IIb型金刚石)

这些杂质缺陷除了影响金刚石的外观外，还会影响金刚石作为实验窗口的光谱性质。I型和II型金刚石的红外光谱特征如下：

(1)1050~1400cm^-1的吸收峰区。其中，1332cm^-1为单声子吸收，1282cm^-1附近为A氮心所引起的单声子吸收，1178cm^-1附近为B氮心所引起的单声子吸收。该吸收峰是IaA/B型金刚石的特征峰。I型和II型金刚石的最大区别是II型金刚石在低于1500cm^-1范围内的吸收率小于30%。

(2)1973cm^-1~2500cm^-1附近的吸收峰，即C-C晶格振动所引起的吸收。其可以用倍频进行解释。其中，1973cm^-1附近的峰对应于L.O.+T.A.,2022cm^-1附近的峰对应于T.O.+T.A.,2159cm^-1附近的峰对应于L.O.+L.A.,2421cm^-1附近的峰对应于2T.O.(其中，T.A.是横声学频率，L.A.是纵声学频率，T.O.是横光学频率，L.O.是纵光学频率)。

图3  常温下Ia和IIa型金刚石的中红外光谱图

图4 含有不同杂质的金刚石的吸收光谱

（1）主峰出现在450nm和490nm附近，主要对应粉色、黄色和花式白色金刚石。

图5 第一类荧光光谱(由350nm辐射激发）

（2）主峰出现在525nm附近，主要用于绿黄色或黄绿色和棕色金刚石。

图6  第二类荧光光谱

（3）主峰出现在550nm附近，主要用于橙色、灰绿色和Ia型蓝灰色或灰蓝色金石。

图7  第三类荧光光谱

常用于高压实验的金刚石有Ia型和IIa型。其中，Ia型可以细分为两种类型：普通型和弱荧光型。二者均可以用于高压下样品的光学观察和X射线衍射原位测量。但若需要进行拉曼光谱原位测量，最好选用弱荧光型金刚石作为顶砧。IIa型金刚石可用于拉曼和红外光谱原位测量，也可以用于光学观察和X射线衍射实验，但其价格远远高于Ia型金刚石。

表1 不同类型金刚石顶砧的应用

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