[发明专利]一种合成硼氢共掺杂金刚石单晶的方法

说明书

本发明的一种合成硼氢共掺杂金刚石单晶的方法属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域。本发明采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源(7)、改性触媒(8)、籽晶(3)和晶床(10)；所述改性触媒(8)由KBH₄粉末与NiMnCo金属触媒混合而成。本发明的方法更容易获得硼氢共掺杂金刚石晶体，减小了硼氢共掺杂金刚石的获取难度，该方法合成晶体质量优秀，形状规则对称，并且操作简单，成本低，具有可重复性。

技术领域

本发明属于晶体生长中的金刚石单晶生长的技术领域，具体涉及一种人工合成硼氢共掺杂金刚石单晶的方法。

背景技术

金刚石材料是一种集多种优良性质于一身的极限多功能材料，其集优良的电学、光学与热学性质于一身并具有极大的机械硬度。因此，金刚石在许多领域都有广泛的应用。尤其是随着人工合成金刚石大单晶技术的发展，增大了合成金刚石的尺寸，进一步拓宽了金刚石材料的应用领域。

众所周知，天然富硼金刚石中含有大量与硼和氢有关的杂质，这说明深部地幔中天然富硼金刚石生长环境富含硼和氢。同时，硼和氢对天然金刚石的性能和颜色起着重要作用。因此，在高温高压条件下，研究硼氢共掺杂金刚石生长对探索天然金刚石的起源具有重要意义。

本发明选择硼氢化钾(KBH₄)作为添加剂，模拟富硼、富氢环境，探索硼氢共掺杂金刚石晶体的生长。在高温高压下成功地合成了金刚石大单晶。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服目前技术中存在的局限，提供一种利用新型触媒合成硼氢共掺杂金刚石大单晶的方法。通过制作一种新型触媒和适宜合成温度的调控，定向的诱导硼和氢掺杂金刚石晶体的生长。

本发明所述合成硼氢共掺杂金刚石大单晶的方法，在利用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶的过程中，将传统的纯金属触媒，掺入特定质量的KBH₄，使得触媒改性，从而使得硼和氢元素更容易掺入金刚石晶体中。在特殊触媒和合成温度两个因素的共同作用下，使晶体合成时掺入硼和氢元素。

本发明的技术方案如下：

一种合成硼氢共掺杂金刚石单晶的方法，采用高温高压温度梯度法合成金刚石大单晶，自腔体的高温端向低温端依次排列碳源7、改性触媒8、籽晶3和晶床10；所述的高压为5～7GPa，优选6GPa；所述碳源7为普通石墨碳源；所述改性触媒8由KBH₄粉末与NiMnCo金属触媒混合而成，其中KBH₄的质量是NiMnCo金属触媒的0.0125wt.％～0.25wt.％，优选0.25wt.％；所述的高温，是腔体中心温度为1200～1500℃。

有益效果：

本发明的方法与现有技术相比，使得硼和氢元素更容易掺入金刚石晶体中。通过该方法，更容易获得硼氢共掺杂金刚石晶体，减小了硼氢共掺杂金刚石的获取难度，满足了某些领域对于含硼、氢金刚石的需求。该方法合成晶体质量优秀，形状规则对称，并且操作简单，成本低，具有可重复性，能够满足批量化生产要求。

附图说明

图1为高温高压温度梯度法合成八面体金刚石单晶组装示意图。

图2为实施例1合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图3为实施例2合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图4为实施例3合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图5为实施例4合成的金刚石晶体的光学显微镜照片。

图6为实施例3和实施例4合成的金刚石晶体作比较的光学显微镜照片。

具体实施方式

实施例只为更加具体的说明本发明，本发明不为个例所拘束。