Создан уникальный комплекс методов определения подлинности и чистоты алмазов

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) создали уникальный комплекс неразрушающих методик для исследования алмазных материалов.

0 379

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) создали уникальный комплекс неразрушающих методик для исследования алмазных материалов. Их использование позволит точно определить историю материала – природный он или синтетический, проводилась ли его термическая обработка, – а также наличие в нем примесей, их количество и другие важные характеристики. Методы позволят определить не только подлинность камня, но и его пригодность для использования в детекторах тяжелых заряженных частиц и нейтронов, твердотельных лазерах высокой мощности, а также для получения бриллиантов.

 Алмаз – материал уникальный. Хотя у многих он ассоциируется прежде всего с ювелирным производством, он широко применяется в самых высокотехнологичных областях: для изготовления режущего и сверлящего инструмента, лазеров высокой мощности, детекторов частиц.

Поскольку природный алмаз – довольно редкий и очень дорогой материал, в мире активно создаются и совершенствуются технологии производства синтетических кристаллов. Возникает важный вопрос: как определить подлинность, чистоту и свойства алмаза, не прибегая к механическому воздействию, не разрушая структуру кристалла?

Ученые научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов НИТУ «МИСиС» уже много лет проводят исследования в области синтеза сверхтвердых материалов и технологий изготовления инструментов на их основе.

На сегодняшний день ключевое направление исследований – синтез алмаза из газовой фазы (CVD, Chemical Vapor Deposition). Для определения чистоты и прочностных свойств полученных образцов ученые совместно с коллегами из СКФУ разработали комплекс неразрушающих методик для исследования материалов.

«В нашей работе многое зависит от исходных материалов, которые используются для производства алмаза: чистоты газов, дефектности, структуры и шероховатости алмазных подложек», – отмечает руководитель проекта, заведующий научно-исследовательской лабораторией сверхтвердых материалов НИТУ «МИСиС» Николай Полушин.

 Важно, чтобы выбранные методики исследования не влияли на объект, не разрушали его, не изменяли его состав, структуру или отдельные свойства, а также не требовали сложной подготовки для проведения исследования. Эти методики существенно превосходят другие, например, спектральный с применением угольного электрода, дающего помехи в интерпретации дефектов алмаза.

В ходе работ было определено, что для анализа алмазных материалов самым надежным, быстрым и не требующим сложного оборудования и подготовки является комплекс спектрометрических методов, состоящий из Рамановской и ИК-Фурье спектроскопии, а также спектрофотометрии.

Все эти методы основаны на взаимодействии каждого атома исследуемого материала с падающим излучением. Как следствие, в зависимости от состава и искажения кристаллической решетки получаются различные спектры, расшифровка которых позволяет определить интересующие характеристики материала.

Смотрите также  Новый катализатор для производства водорода - это шаг к чистому топливу

Исследователи определили, что метод Рамановской спектроскопии позволяет оценить влияние термической обработки на изменение алмазной структуры даже таких высокосовершенных алмазных материалов, как природные алмазы, а метод ИК-спектрометрии эффективен для определения формы и количества азотных включений в структуре алмаза.

Для изучения поликристаллических CVD-пленок более эффективным оказался метод спектрофотометрии, позволивший определить малое количество азотных дефектов и сделать выводы о качестве исследуемых пленок.

«Например, для определения в образцах количества примесей методом ИК-Фурье спектроскопии не нужна длительная подготовка образцов и оборудования, что позволяет значительно сократить на исследование, – отмечает один из авторов работы Татьяна Мартынова. – При изучении примесного состава с помощью микрорентгеноспектрального анализа значительная часть всего времени исследования уходит на достижение требуемого уровня вакуума в системе электронного микроскопа. К тому же, определение примесного состава алмаза этим методом затруднено из-за больших погрешностей, а малые количества примесей им и вовсе не идентифицируются. Исследование же на микроскопах, ориентированных на обнаружение бора и азота в алмазе, экономически невыгодно и не дает такого точного результата, как исследование на ИК-Фурье спектрометре».

 Полученные данные позволили сотрудникам лаборатории оперативно отбирать качественные алмазные подложки для получения высококачественных монокристаллов алмаза, в том числе – крупных размеров.

По разработанным технологиям уже выращены алмазы ювелирного качества массой полтора карата, изготовлены уникальные по своим характеристикам детекторы тяжелых заряженных частиц и нейтронов и алмазные поликристаллические пленки для использования в рамановских лазерах.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x