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礦石鑒定顯微鏡-使用光學式儀器檢測鉆石內結構
鉆石具有許多優異性質。當鉆石內包含特定缺陷結構時，可穩定的激
發產生螢光， 因此受到重視， 成為新一代的發光材料。奈米鉆石
(nanodiamond)是近十年來新興的材料。當鉆石晶體的大小縮至數十奈米時，
其發光性質依然保持，且由于尺度縮小，可使其選擇性地連結至特定生物
組織、細胞、或細胞內特定結構。奈米鉆石具有的光穩定性及對生物
無毒性等優點，因此可以成為的螢光標定材料，做為生物標定、藥物
傳遞與癌癥治療時的奈米引導標定等用途。
H3缺陷結構(defect center)是天然鉆石中最常見的一種發光結構，其結
構組成是由兩個氮(nitrogen)原子與一個空缺(vacancy)位置所結合而成，具
有相當高的螢光效率。H3結構之螢光為500 – 600 nm范圍之寬廣綠光螢光，
且具有相當窄之零聲子線(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，比較經過高能He+粒子轟擊與未經
轟擊之樣品，藉由其螢光性質的差異，以了解高能粒子轟擊對其發光性質之影響。
實驗結果顯示，經高能量粒子轟擊后之樣品，產生大量空缺結構，因
此螢光強度較高。但其中有超過50%以上的奈米鉆石包含N-V0或N-V-等其
他含氮缺陷結構，而僅有約30%的奈米鉆石顆粒，純粹僅含H3缺陷結構。
相對應的，未經高能量粒子撞擊的樣品，所得的螢光發光強度較低，但近
ii
乎90%之奈米鉆石純粹僅含H3缺陷結構，因此其發光缺陷結構較為一致。
螢光生命期(fluorescence lifetime)測量提供這些結構之發光效率之比較。兩
種不同制程的奈米鉆石具有顯著的螢光生命期差異：未經高能粒子轟擊之
樣品，螢光生命期為23.8±7.3 ns；而經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生淬熄
(quench) H3螢光的結構，因而縮短了H3結構之螢光生命期。
關鍵字：奈米鉆石、H3缺陷結構、螢光生命期
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