研究目的
通过阴极发光(CL)、透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)研究IaB型钻石乳白色外观的光学与结构特性,以探究其成因。
研究成果
IaB型钻石的乳白色外观归因于位错环(导致朦胧区域)、含有压缩δ-N2相的负晶纳米包裹体(导致云雾区域)以及具有放射状纤维晶体的多晶质结构(类似于黑金刚石)。这些特征散射光线,从而产生乳浊效果,并为钻石形成过程提供线索,包括深部地幔来源和快速生长条件。
研究不足
该研究仅限于IaB型钻石,其发现可能不适用于其他类型的钻石。位错环和纳米包裹体对光散射的精确机制尚未完全量化,且样本量受限于现有提交样品,可能无法涵盖所有乳白色钻石的变化情况。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用阴极发光(CL)、透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)分析乳浊型IaB钻石的结构与光学特性。CL用于成像发光特征,TEM用于高分辨率结构分析及位错与纳米包裹体鉴定,EBSD用于微织构与晶体取向分析。
2:样品选择与数据来源:
样品采集自GIA实验室送检的钻石(包括切磨与原石),选取6颗切割为薄片进行详细研究。所有样品均为典型乳浊型IaB钻石,具有雾状或云状区域。
3:实验设备与材料清单:
设备包括配备CL系统的蔡司EVO MA10扫描电镜、JEOL JEM-2100F与JEOL 2100F透射电镜、带EBSD探测器的JEOL JSM-7000F场发射扫描电镜,以及用于制备TEM箔片的JEOL JEM-9310FIB聚焦离子束系统。材料包含钻石样品及清洗剂(盐酸与硝酸钠混合液)。
4:实验流程与操作步骤:
样品经清洗后制备为薄片。通过设定特定电压电流参数的SEM进行CL成像。TEM箔片采用FIB铣削制备,并通过TEM进行明场、暗场及高分辨成像分析。EBSD分析包含样品镀膜、取向图绘制及指定参数下的数据采集。
5:数据分析方法:
数据分析包括对高分辨透射电镜(HRTEM)衍射图案进行快速傅里叶变换(FFT)、使用EBSD软件(Channel 5.0)生成取向图与极图,以及综合解读CL、TEM与EBSD结果以确定导致乳浊的结构特征。
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Scanning Electron Microscope
EVO MA10
Zeiss
Used for cathodoluminescence (CL) imaging to observe luminescence features in diamond samples.
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Transmission Electron Microscope
JEM-2100F
JEOL
Used for high-resolution structural analysis, including bright-field, dark-field, and high-resolution imaging of dislocations and nano-inclusions in diamond samples.
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Transmission Electron Microscope
2100F
JEOL
Used for TEM analysis at the Center for Functional Nanomaterials, similar to JEM-2100F for structural characterization.
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Field Emission Scanning Electron Microscope
JSM-7000F
JEOL
Used for electron backscatter diffraction (EBSD) analysis to investigate micro-textures and crystallographic orientations in diamond samples.
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Focused Ion Beam System
JEM-9310FIB
JOEL
Used for preparing TEM foils from diamond samples by milling, enabling detailed TEM analysis.
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EBSD Detector
Nordlys
Used with FE-SEM for detecting Kikuchi patterns and acquiring EBSD data for orientation mapping in diamond samples.
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CL System
Integrated with SEM for cathodoluminescence imaging to capture luminescent features in diamonds.
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Software
Channel 5.0
Used for EBSD data acquisition and analysis, including orientation mapping and pole figure generation.
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