自1963年参研“121”项目合成国内第一颗金刚石至今，从两面顶高温高压合成金刚石、金刚石工具到化学气相沉积金刚石，中材人工晶体研究院有限公司(简称晶体院)走过了六十年艰难而辉煌的金刚石研究历程。在一代又一代研究人员的努力下，通过技术研发有力推动了我国金刚石制备及工具应用技术的进步，为我国金刚石行业的蓬勃发展做出贡献。回看晶体院金刚石六十年研发历程，本文由点带面，期望在科技研发攻关、技术成果转化、发展思维等方面为新时代金刚石领域工作者提供启示与借鉴。

在室温下分别以405、532、785 nm为激发波长对典型化学气相沉积法（CVD）合成钻石的拉曼（Raman）光谱特征进行了对比研究。结果表明：1）同一激发波长下，钻石及其中的光学缺陷对应的Raman特征峰随着激光能量的增大更趋明显，且对应的特征峰位不随激光能量的增大而频移。同为Ⅱ型钻石，因不同颗钻石中的杂质元素的赋存不同或钻石后期的处理方式的差异导致同一激发波长下其对应的Raman谱图存在一定的差异；2）不同激发波长下，同一颗钻石的Raman光谱中在1332 cm^-1处均存在特征峰。同时，归属钻石的Raman本征峰并不随激发波长的改变而发生频移。相反，钻石中的杂质或经钻石自身后期处理等因素引起的光学缺陷的呈现形态与激发波长的选用密切关联。该研究工作对应用Raman光谱对钻石晶体结构信息进行表征及区分钻石的本征峰与其中的光学缺陷特征峰具有重要的指导意义。

人造金刚石作为一种高效的热管理衬底，在宽禁带半导体电子器件领域具有广泛的应用前景。然而微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法外延金刚石单晶的生长速率慢，表面粗糙度高，难以满足半导体器件的衬底需求。对此，本文采用MPCVD法制备金刚石单晶薄膜，通过分阶段生长监控样品的生长速率，结合显微镜照片和AFM表征样品的表面形貌和表面粗糙度，根据拉曼光谱和XRD分析外延薄膜的晶体质量，最终采用高/低甲烷浓度的两步法外延工艺，实现了金刚石单晶薄膜的高速外延，生长速率达到20 μm/h，同时获得了较为平整的表面形貌。本文所研究的甲烷调制两步法外延工艺能够起到表面形貌优化的作用，有利于在后续的相关器件研发中提供平整的金刚石衬底，推动高功率电子器件的发展。

将静态超高压高温合成的人造金刚石晶粒利用RTO包埋法制备成适合TEM观察的样品,发现这些金刚石晶粒是由多根细长的纳米多晶棒沿一定取向规则地以捆束状堆叠、聚集而成,而这些纳米多晶棒之间填充了无定型碳。也就是说,人造金刚石晶粒是由结晶碳素和无定型碳组成的。由此,提出并绘制了人造金刚石晶粒的微观结构模型示意图,可用于解释人造金刚石的各向异性及其他宏观性能特征。在以上结论的基础上,笔者认为业界经常提及的“单晶”金刚石称谓可能并不严谨,可能并不是纯粹由结晶金刚石材料组成。

山东济南中乌新材料有限公司利用六面顶油压机生产出大颗粒钻石, 为了掌握这些合成钻石的品质及与天然钻石的区分方法, 采用宽频诱导发光光谱仪（GV5000）、 红外光谱仪、 钻石特征光谱检测仪（PL5000）、 激光诱导击穿光谱仪和X射线能谱仪, 对该公司生产的225粒无色、 蓝色和黄色高温高压（HPHT）合成钻石进行检测, 并与天然钻石对比。 HPHT合成钻石样品的晶形以（111）晶面和（100）晶面共存的聚形为主导。 原石切磨成圆钻形成品的出成率在20%~67%之间, 净度级别为VVS—P, 颜色级别为D—H。 通过GV5000分析, 三种颜色样品均可观察到立方八面体生长结构发光图案, 无色HPHT合成钻石为强蓝色荧光和磷光, 发光峰位于495 nm, 与晶格中的顺磁氮有关; 蓝色HPHT合成钻石为蓝-绿蓝色荧光和蓝色磷光, 发光峰位于501 nm, 与晶格中的顺磁氮、 硼有关; 黄色HPHT合成钻石为弱绿色荧光和磷光, 显示556和883 nm Ni+相关发光峰, 这些特征可与天然钻石相区分。 红外光谱分析表明, 无色HPHT合成钻石在1 332~1 100 cm-1无明显氮相关吸收, 在2 802 cm-1有B0相关吸收, 为含有少量硼的Ⅱa型; 蓝色HPHT合成钻石位于1 294 cm-1有与B-相关的强吸收, 归属为Ⅱb型; 黄色HPHT合成钻石位于1 130和1 344 cm-1有与孤氮相关的明显吸收, 归属为Ⅰb型。 PL5000光致发光光谱显示, 三种颜色HPHT合成钻石可检测到659, 694, 707, 714和883 nm等镍相关缺陷发光峰。 相比之下, 无色和黄色天然钻石通常为Ⅰa型, 具有1 282和1 175 cm-1等聚合氮的红外光谱吸收, 光致发光光谱通常可检测到415 nm（N3）零声子线, 由孤氮、 硼和镍等缺陷导致的光谱特征极为罕见。 因此, 红外光谱和光致发光光谱特征可作为重要的鉴别依据。 激光诱导击穿光谱仪检测到无色HPHT合成钻石的出露包裹体主要成分为Fe。 X射线能谱分析显示, 对于含包裹体较多的样品, 无色和蓝色HPHT合成钻石可检测到Fe, 黄色HPHT合成钻石可检测到Fe和Ni, 为其中包裹体的成分, 这可作为HPHT合成钻石鉴定性特征。 综上所述, 通过GV5000超短波紫外荧光和磷光测试, 配合红外光谱和光致发光光谱特征, 结合包裹体成分特征, 可以有效区分该研究的合成钻石和天然钻石。

受激拉曼散射是一种重要的非线性光学频率变换技术,在拓展激光波段方面有十分广泛的应用前景。因此,寻找具有优良光学性质的拉曼介质,提高拉曼激光器性能,具有重要的研究价值。相比于传统的固体拉曼晶体,人造金刚石晶体具有拉曼增益系数大、拉曼频移大、导热率高和透过性好等显著优点,基于人造金刚石晶体的拉曼激光器能够获得更高的输出功率和转换效率。本文简要介绍了化学气相沉积法（CVD）制备的金刚石晶体的光学性质和热学特性,总结了基于人造金刚石晶体的拉曼激光器在紫外波段、可见光波段及红外波段的研究现状,并对其发展进行了展望。

通过紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR) 吸收光谱、 傅里叶变换红外(FTIR)光谱及钻石观测仪( DiamondViewTM)对天然钻石、 经辐照或热处理的天然钻石、 高温高压(HTHP)合成钻石及化学气相沉积(CVD)合成钻石进行了较系统的谱图及微区生长结构的对比研究。 结果表明: 天然钻石、 经辐照或高温退火处理后的天然钻石、 高温高压(HTHP)合成钻石的UV-Vis-NIR吸收谱图在200～1 100 nm区间谱图的反射率变化明显。 相比之下, CVD合成钻石的反射率的变化相对较小。 基于钻石样品的红外光谱分析, 在其图谱中的800～1 600 cm-1区间, 合成钻石样品、 特别是CVD合成钻石在上述区间无明显的特征吸收峰位。 此外, DiamondViewTM检测表明: 一般而言, 经HTHP处理后的CVD合成钻石出现平行的位错线, 并呈现淡蓝色荧光。 部分天然钻石可见典型的八面体生长线或称为树的年轮状图像, 且因样品经辐照与高温高压处理后其荧光图像的颜色发生改变。 高温高压合成钻石呈现出块状几何生长图像。 限于钻石样品类别的多样性及合成钻石工艺的复杂且不断更新特征, 天然钻石与合成钻石 的UV-Vis-NIR或FTIR光谱特征存在一定的相似性, 因此不具有典型天然钻石图谱特征的样品需进一步辅以DiamondViewTM、 光致发光光谱等其他检测仪器予以综合分析。

通过钻石观测仪(DiamondViewTM)结合紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR absorption spectra)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对天然钻石、经辐照与热处理的天然钻石、高温高压(HTHP)合成钻石与化学气相沉积(CVD)合成钻石进行了较系统的对比研究。结果表明：无色或近无色天然钻石的荧光颜色通常呈现较单一的蓝色，且无磷光，钻石荧光图像的内部较多可见呈闭合或非闭合的环状结构的生长线或不规则的折线。部分天然钻石无荧光且无磷光或者同时具有蓝色荧光与蓝绿色的磷光，但是鉴于CVD 合成钻石较多同时具有荧光与磷光特征。因此，基于钻石有无磷光特征作为天然钻石与合成钻石的定性鉴别依据存在一定局限性。经辐照或热处理后的彩色天然钻石的荧光颜色主要呈非蓝色，部分样品因辐照处理使其自身的颜色发生改变的同时，并由此产生色心缺陷导致钻石荧光的颜色呈现多色性混杂特征。需进一步指出的是，基于UV-Vis-NIR 吸收光谱特征与DiamondViewTM图像中钻石的呈色特性是目前研究钻石经辐照处理较重要的鉴定方法。大部分CVD合成钻石的台面与亭部的局部位置出现独特的因CVD所致的清晰的平行层状生长条纹，同时具有淡蓝色磷光，该方法仍是目前相关CVD 合成钻石判定的最为直接依据。