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礦石鑒定顯微鏡-使用光學(xué)式儀器檢測鉆石內(nèi)結(jié)構(gòu)
鉆石具有許多優(yōu)異性質(zhì)。當(dāng)鉆石內(nèi)包含特定缺陷結(jié)構(gòu)時，可穩(wěn)定的激
發(fā)產(chǎn)生螢光， 因此受到重視， 成為新一代的發(fā)光材料。奈米鉆石
(nanodiamond)是近十年來新興的材料。當(dāng)鉆石晶體的大小縮至數(shù)十奈米時，
其發(fā)光性質(zhì)依然保持，且由于尺度縮小，可使其選擇性地連結(jié)至特定生物
組織、細(xì)胞、或細(xì)胞內(nèi)特定結(jié)構(gòu)。奈米鉆石具有的光穩(wěn)定性及對生物
無毒性等優(yōu)點(diǎn)，因此可以成為的螢光標(biāo)定材料，做為生物標(biāo)定、藥物
傳遞與癌癥治療時的奈米引導(dǎo)標(biāo)定等用途。
H3缺陷結(jié)構(gòu)(defect center)是天然鉆石中最常見的一種發(fā)光結(jié)構(gòu)，其結(jié)
構(gòu)組成是由兩個氮(nitrogen)原子與一個空缺(vacancy)位置所結(jié)合而成，具
有相當(dāng)高的螢光效率。H3結(jié)構(gòu)之螢光為500 – 600 nm范圍之寬廣綠光螢光，
且具有相當(dāng)窄之零聲子線(zero-phonon line)，位于503 nm處。本研究中，使
用平均粒徑約為75 nm之天然奈米鉆石，比較經(jīng)過高能He+粒子轟擊與未經(jīng)
轟擊之樣品，藉由其螢光性質(zhì)的差異，以了解高能粒子轟擊對其發(fā)光性質(zhì)之影響。
實(shí)驗結(jié)果顯示，經(jīng)高能量粒子轟擊后之樣品，產(chǎn)生大量空缺結(jié)構(gòu)，因
此螢光強(qiáng)度較高。但其中有超過50%以上的奈米鉆石包含N-V0或N-V-等其
他含氮缺陷結(jié)構(gòu)，而僅有約30%的奈米鉆石顆粒，純粹僅含H3缺陷結(jié)構(gòu)。
相對應(yīng)的，未經(jīng)高能量粒子撞擊的樣品，所得的螢光發(fā)光強(qiáng)度較低，但近
ii
乎90%之奈米鉆石純粹僅含H3缺陷結(jié)構(gòu)，因此其發(fā)光缺陷結(jié)構(gòu)較為一致。
螢光生命期(fluorescence lifetime)測量提供這些結(jié)構(gòu)之發(fā)光效率之比較。兩
種不同制程的奈米鉆石具有顯著的螢光生命期差異：未經(jīng)高能粒子轟擊之
樣品，螢光生命期為23.8±7.3 ns；而經(jīng)高能粒子轟擊處理過的鉆石樣品，螢
光生命期明顯地縮短至 3-15 ns之間，這顯示高能粒子轟擊過程產(chǎn)生淬熄
(quench) H3螢光的結(jié)構(gòu)，因而縮短了H3結(jié)構(gòu)之螢光生命期。
關(guān)鍵字：奈米鉆石、H3缺陷結(jié)構(gòu)、螢光生命期
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