金刚石内部的杂质与颜色的讨论

摘要  从讨论金刚石和cbn晶体的颜色出发，研究晶体内部的杂质。
关键词  金刚石 cbn  颜色  杂质

     discussed on the color and impurities in the diamond and cbn
abstract  the color and impurities in the diamond and cbn was discussed.
kay words  diamond  cbn  color  impurities

引言

    作者在“工业金刚石”杂志发表过关于金刚石颜色的文章[1]，文中仅仅讨论了金刚石和cbn晶体的u-v吸收光谱特点和颜色关系，没有涉及晶体颜色与晶体中杂质的关系。本文拟涉及较为深层次的问题，即金刚石和cbn晶体的不同颜色产生的原因。金刚石晶体是共价晶体，其禁带宽度达到~5.47ev（~225nm），因此，纯的金刚石在波长230nm到3100nm之间是没有吸收的，而这个段波恰恰覆盖了可见光部分，所以纯净的金刚石单晶是没有颜色的，也就是无色透明的晶体。纯净的cbn晶体也是共价晶体，禁带宽度大约6.1ev，因此，也应当是无色透明的晶体。但是，在通常情况下高温高压合成的金刚石单晶或者是cbn单晶体都是有颜色的，比如金刚石晶体是黄色的，cbn晶体由于使用的催化剂不同颜色也不同。由此，可以肯定是由于晶体内的杂质元素及含量不同，使得金刚石单晶与cbn晶体也会有颜色与深浅不同的变化，比如在石墨或触媒合金中加入一定量的元素b，金刚石单晶会显示褐色或者黑色；比如对于黄色金刚石单晶而言，还可以分成深黄色、黄色、浅黄色等。比如用mg的化合物做催化剂合成的cbn晶体是黑色的，用ca、li化合物作催化剂合成的cbn晶体是琥珀色的。这些晶体的深浅不同的颜色是怎样产生的呢，需要做深入地讨论。金刚石单晶表面反射怎样的光谱，才使眼睛看上去是黄的颜色，是因为金刚石表面仅仅反射了黄色波段的光谱（580nm-595nm）而使眼睛看起来金刚石晶体才是黄色的吗？答案当然是否定的，不过其中的道理需要详细说明。更需要说明的是金刚石和cbn晶体的杂质结构如何给出特定的颜色。

    颜色是人的眼睛的一种感觉，是光经过物体反射或透射后刺激人的眼睛，人眼产生了这个物体的光亮度和颜色的感觉信息，并将此信息传至大脑中枢，大脑中枢将感觉到的信息进行处理，于是形成了颜色的知觉，这种知觉称为色觉。外界光刺激-颜色感觉-颜色知觉，这是一个包含光学、光化学、视觉生理、视觉心理的复杂过程，这里仅仅从物理光学的角度对黄色金刚石单晶和cbn晶体的颜色进行简单的物理实验说明。...