(57)【要約】  発光ダイヤモンド材料、およびそれを製造する方法が提供される。方法は、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒を準備する工程；ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーを準備する工程；グラファイトを準備する工程；触媒、エンハンサーおよびグラファイトをブレンドして、均質化されたブレンドを形成する工程；ならびに均質化されたブレンドを高温高圧プロセスに供して、複数の欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を有する発光ダイヤモンド材料であって、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍの波長および約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶのエネルギーで発光する発光ダイヤモンド材料を形成する工程を含んでもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍの波長および約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶのエネルギーで発光する少なくとも１つの欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を含む、発光ダイヤモンド材料。
【請求項２】
少なくとも１つの欠陥中心が、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長および約１．５５ｅＶ〜約１．３８ｅＶのエネルギーで発光する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項３】
少なくとも１つの欠陥中心が、約７７５ｎｍ〜約９２５ｎｍの波長および約１．６０ｅＶ〜約１．３４ｅＶのエネルギーで発光する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項４】
少なくとも１つの欠陥中心が、約８８０ｎｍ〜約８９０ｎｍのピーク波長および約１．４１ｅＶ〜約１．３９ｅＶのエネルギーで発光する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項５】
少なくとも１つの欠陥中心が、可視光、紫外光、または赤外光で励起されるとフォトルミネッセンスを生じる、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項６】
発光エンハンサーを更に含む、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項７】
発光エンハンサーが、ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種から選択される、請求項６に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項８】
少なくとも１つの欠陥中心が、コバルト、ゲルマニウム、ニッケル、窒素およびケイ素のうちの少なくとも１種から選択される、請求項６に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項９】
ダイヤモンド粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１０】
ダイヤモンド粒子が、約１ｎｍ〜約２０ｎｍのサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１１】
ダイヤモンド粒子が、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１２】
ダイヤモンド粒子が、約０．１μｍ〜約１μｍのサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１３】
ダイヤモンド粒子が、約５００ｎｍ〜約３０μｍのサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１４】
ダイヤモンド粒子が、約１０μｍ〜約１００μｍのサイズを有する、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１５】
ダイヤモンド粒子が複数の欠陥中心を有し、欠陥中心の濃度が約８ｐｐｍを超えている、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１６】
材料が、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒組成物と、ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーとを含む材料の組成物から製造される、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１７】
材料が、発光ナノダイヤモンドである、請求項１に記載の発光ダイヤモンド材料。
【請求項１８】
約８８０ｎｍ〜約８９０ｎｍのピーク波長および約１．４１ｅＶ〜約１．３９ｅＶのエネルギーで発光する第１の欠陥中心と、約５１０ｎｍ〜約５２０ｎｍのピーク波長および約２．４３ｅＶ〜約２．３８ｅＶのエネルギーで発光する第２の欠陥中心とを有する複数のダイヤモンド粒子を含む、発光ダイヤモンド材料。
【請求項１９】
発光ダイヤモンド材料を製造する方法であって、
コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒を準備する工程、
ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーを準備する工程、
グラファイトを準備する工程、
触媒、エンハンサーおよびグラファイトをブレンドして均質化されたブレンドを形成し、均質化されたブレンドを圧縮して固体成形体とする工程、ならびに
固体成形体を高温高圧プロセスに供して、複数の欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を有する発光ダイヤモンド材料であって、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍおよび約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶのエネルギーで発光する発光ダイヤモンド材料を形成する工程
を含む、方法。
【請求項２０】
複数の欠陥中心が、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長および約１．５５ｅＶ〜約１．３８ｅＶのエネルギーで発光する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数の欠陥中心が、約７７５ｎｍ〜約９２５ｎｍの波長および約１．６０ｅＶ〜約１．３４ｅＶのエネルギーで発光する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
複数の欠陥中心が、紫外光、可視光または赤外光で励起されると、フォトルミネッセンスを生じる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ダイヤモンド粒子が、約１００ｎｍ未満のサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
ダイヤモンド粒子が、約１ｎｍ〜約２０ｎｍのサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ダイヤモンド粒子が、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍのサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
ダイヤモンド粒子が、約０．１μｍ〜約１μｍのサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
ダイヤモンド粒子が、約５００ｎｍ〜約３０μｍのサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
ダイヤモンド粒子が、約１０μｍ〜１００μｍのサイズを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
欠陥中心の濃度が約８ｐｐｍを超えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
触媒、エンハンサーおよびグラファイトが粉末であり、ブレンドする工程が、粉末を一緒にブレンドして均質化された粉末ブレンドを形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
ブレンドされた粉末を圧縮して固体成形体とする、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
固体成形体（ｃｏｍｐａｎｃｔ）を、約４．５ＧＰａ〜約８ＧＰａの圧力および約１２００℃〜約２３００℃の温度に供する、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光ダイヤモンド材料または粒子、およびそれを製造するための高圧、高温（ＨＴＨＰ）プロセスを用いてそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド結晶または粒子に見られる不純物および点欠陥は、実際の用途において有用となる可能性がある光学的、磁気的および電気的特性を創出する。例えば、Ｓｃｈｉｒｈａｇｌら（ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１４６／ａｎｎｕｒｅｖ−ｐｈｙｓｃｈｅｍ−０４０５１３−１０３６５９）を参照されたい。合成ダイヤモンド材料における蛍光点欠陥（ＮＶ中心がダイヤモンドを蛍光性にする）は、小さなナノサイズのダイヤモンド粒子からの明るい蛍光発光を要求する様々な検知および検出用途、例えば、医療診断および他の生物学的用途における蛍光マーカーおよびラベルに使用するために提案されてきた。例えば、米国特許第８，９３２，５５４号および米国特許出願公開第２０１８／００８０１４５号を参照されたく、これらは両方とも参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００３】
しかし、こうしたナノ粒子は、空孔中心、例えば窒素空孔欠陥またはケイ素空孔欠陥の濃度が低すぎることが多く、多くの蛍光マーカー用途にとって理想的ではない。
【０００４】
例えば、濃度を上昇させるため、高圧高温（ＨＰＨＴ）法により製造した窒素を含有する合成タイプのｌｂダイヤモンドを、電子線照射とそれに続くアニーリングによって、蛍光性とすることができる。電子線照射は、アニーリング中に移動して、ダイヤモンド格子内の窒素原子と対になってＮＶ中心を形成する可能性のある空孔を創出する。
【０００５】
照射のコストは、特に、高濃度の空孔を創出するのに必要な高線量の照射の場合に高くなる。一般に、従来のＨＰＨＴ法により製造される合成ダイヤモンドは、蛍光性があまり高くない。それらを蛍光性とするには、極めて高い線量レベルを照射しなければならず、それは、プロセスを非常に高価なものとする。
【０００６】
したがって、高濃度の発光点欠陥、したがって、例えば、高い蛍光強度を有するダイヤモンド粒子、殊にナノサイズのダイヤモンド粒子を提供する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
上記の欠点を克服するため、本開示は、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍの波長および約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶのエネルギーで発光する少なくとも１つの欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子に関する。
【０００８】
少なくとも１つの欠陥中心は、任意選択で、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍの波長および約１．５５ｅＶ〜約１．３８ｅＶのエネルギー；約７７５ｎｍ〜約９２５ｎｍの波長および約１．６０ｅＶ〜約１．３４ｅＶのエネルギー；または約８８０ｎｍ〜約８９０ｎｍの波長および約１．４１ｅＶ〜約１．３９ｅＶのエネルギーで発光する。
【０００９】
少なくとも１つの欠陥中心は、可視光、紫外光、または赤外光で励起されると、フォトルミネッセンスを生じる。
【００１０】
別の態様によると、発光ダイヤモンド材料は、発光エンハンサーを含む。
【００１１】
発光エンハンサーは、任意選択で、ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズから選択される。
【００１２】
少なくとも１つの欠陥中心は、任意選択で、ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズから選択される。
【００１３】
ダイヤモンド粒子のサイズは、約１００ｎｍ未満である。ダイヤモンド粒子は、任意選択で、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ；約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ；約０．１μｍ〜約１μｍ；約５００ｎｍ〜約３０μｍ；または約１０μｍ〜１００μｍのサイズを有する。
【００１４】
任意選択として、ダイヤモンド粒子は、複数の欠陥中心を有し、欠陥中心の密度または濃度は、約８ｐｐｍを超えている。
【００１５】
材料は、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒組成物と；ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーとを任意選択で含む材料の組成物から製造される。
【００１６】
別の態様によると、発光ダイヤモンド材料を製造する方法は、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒を準備する工程；ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーを準備する工程；グラファイトを準備する工程；触媒、エンハンサーおよびグラファイトをブレンドして均質化されたブレンドを形成する工程；ならびに均質化されたブレンドを高温高圧プロセスに供して、複数の欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を有する発光ダイヤモンド材料であって、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍの波長または約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶのエネルギーで発光する発光ダイヤモンド材料を創出する工程を含む。
【００１７】
複数の欠陥中心は、約７７５ｎｍ〜約９２５ｎｍの波長および約１．６０ｅＶ〜約１．３４ｅＶのエネルギーで発光する。
【００１８】
複数の欠陥中心は、紫外光、可視光または赤外光で励起されると、フォトルミネッセンスを生じる。
【００１９】
触媒、エンハンサーおよびグラファイトは粉末であり、ブレンドする工程は、粉末を一緒にブレンドして均質化された粉末ブレンドを形成することを含む。
【００２０】
粉末ブレンドは、約４．５ＧＰａ〜約８ＧＰａの圧力および約１２００℃〜約２３００℃の温度に供することができる。
【００２１】
前述の要約、および下記の実施形態の詳細な説明は、添付の図面と合わせて読むと、よりよく理解される。図示された実施形態は、示された正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本開示による方法の一実施形態のフローチャートである。
【図２】ＮＶ、ＳｉＶ中心の放出スペクトル、および図１の方法に従い製造された発光ダイヤモンド材料からの測定されたピークを示す。
【図３】図１の方法に従い製造された発光ダイヤモンド材料の８８５ｎｍピークの別の放出スペクトルである。
【図４】本開示の発光ダイヤモンド材料の場合の緑色蛍光放出スペクトルを示す。
【図５】様々なダイヤモンドサンプルの８８５ｎｍ（ＩＲ）対５１４ｎｍ（緑色）の比較を示す。
【図６】先行技術と比較した、図１の方法に従い製造されたダイヤモンド材料の発光強度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本材料、組成物、方法を説明する前に、この開示は、記載された特定の方法論、システムおよび材料に限定されないことを理解すべきであり、それは、それらが変化し得るためである。本明細書において使用される用語は、特定のバージョンまたは実施形態の説明のみを目的としたものであり、範囲を限定することを意図したものではないことも理解すべきである。例えば、本明細書において使用した場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数への言及を含む。加えて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、本明細書において使用された場合、「含むがそれに限定されない」ことを意味することを意図している。しかし、当業者であれば理解することであるが、場合によっては、実施形態は、「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）または「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という言語を使用して代替的に説明される。別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
【００２４】
別途指示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用される原材料の量、特性、例えばサイズ、重量、反応条件などを表す数値は全て、全ての場合において「約」という用語で修飾されているものと理解すべきである。したがって、そうでないと示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本発明によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。少なくとも、且つ、均等論の適用を請求項の範囲に限定する試みとしてではなく、各数値パラメータは、少なくとも報告された有効桁数に照らして、通常の丸め技法を適用することによって解釈すべきである。
【００２５】
本明細書において使用する場合、「約」という用語は、それが共に使用されている数の数値のプラスマイナス１０％を意味する。したがって、約５０％は、４５％〜５５％の範囲を意味する。「発光する」という用語を使用する場合、様々なエネルギー源、例えば光からの励起によるフォトルミネッセンス（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｅｓ）、蛍光発光および／または任意の他の照明を包含するものと理解すべきであるが、後者に限定されない。
【００２６】
本明細書において使用する場合、「発光ナノダイヤモンド材料」という用語は、１００ｎｍ未満の平均サイズ（ナノサイズ）を有し、ある特定の波長のエネルギーによって励起されると発光する欠陥を結晶構造内に含有するダイヤモンド粒子を意味する。
【００２７】
本明細書において使用する場合、「空孔」という用語は、格子構造から欠落している原子によって引き起こされる欠陥を意味する。「ＮＶ」は、窒素空孔中心を意味する。「ＳｉＶ」は、ケイ素空孔中心を指す。ニッケル欠陥中心は、先行技術（ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１０３／ＰｈｙｓＲｅｖＢ．７０．２４５２０６およびＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷ  Ｂ  ＶＯＬＵＭＥ  ４２、ＮＵＭＢＥＲ  １６  １  ＤＥＣＥＭＢＥＲ  １９９０、ｐ９８４３）においては、「ＮＩＲＩＭ２」中心と呼ばれてきた。
【００２８】
本明細書において使用する場合、「エンハンサー」という用語は、ダイヤモンド結晶のバルク蛍光を増加させることが示されている、成長プロセス中に結晶格子に導入される元素を意味する。
【００２９】
発光ダイヤモンド材料または粒子は、生物医学的イメージングに、例えば、ｉｎ−ｖｉｔｒｏおよびｉｎ  ｖｉｖｏ分析、診断、創薬ならびにＲ＆Ｄ用の造影剤として、多くの用途がある。ダイヤモンド表面は、薬物送達のために−薬物／化合物をダイヤモンド表面に付着させて特定の部位を標的とするために官能基化することができる。また、発光性ダイヤモンドは、量子コンピューティングでの潜在的使用のための量子ドットとして使用することができる。
【００３０】
ダイヤモンドは、その生体適合性と、蛍光を発するまたは発光する空孔中心のために、生物医学用途に理想的であり、そうした発光は、長期にわたり安定している。
【００３１】
これらの特性は、結晶格子内の空孔または点欠陥に起因する。空孔または欠陥は、例えば、電子ビームをダイヤモンドに照射して格子欠陥を生成することによって導入される。本明細書において更に説明するように、格子欠陥を様々な元素と組み合わせて、ダイヤモンドを発光させることができる。
【００３２】
ダイヤモンドの発光を増加させ、コストを削減する１つの方法は、より高温でより速い成長率でダイヤモンドを成長させることができる方法でダイヤモンドを圧縮することである。成長温度が高いほど空孔の濃度が高くなり、次いで空孔は移動して元素の原子と結合し、例えば、ＮＶおよびＳｉＶを形成する。こうしたダイヤモンドは、圧縮によってより高い蛍光性を有することになる。
【００３３】
本明細書に更に開示するように、高圧高温（ＨＰＨＴ）プロセスのＨＰＨＴ法を使用して多量のミクロンおよび／またはメッシュダイヤモンド粒子／結晶を成長させ、ナノサイズダイヤモンド結晶を製造するために更に処理することができる。更に、本明細書において特定されるある特定の触媒組成物およびプロセス条件は、得られるダイヤモンド結晶の蛍光強度を、触媒組成物および公知のプロセス条件を使用して製造されるダイヤモンド結晶の蛍光よりも著しく上昇させる。
【００３４】
図１は、室温でも明るい赤外および緑色蛍光を有するミクロンまたはメッシュサイズのダイヤモンド結晶の製造に使用される工程を示す。本明細書において十分に説明するように、赤外蛍光放出は、８８５ｎｍ前後の波長でピークに達する（赤色または赤外励起のため）一方、緑色蛍光放出は、５１４ｎｍの波長でピークに達する（青色励起のため）。一実施形態において、蛍光は、結晶成長プロセス中に特定のニッケルベースの色中心をダイヤモンド格子に組み込むことによる。ミクロンまたメッシュ結晶が４００ｎｍ以下にナノサイズ化されている（例えば粉砕プロセスによって）場合、蛍光は維持される。
【００３５】
明るい赤外蛍光を伴う発光ダイヤモンド材料は、（ｉ）生体分子の深部組織トレーサーとして生物医学用途に、（ｉｉ）秘密の隠された特徴として偽造防止に、使用することができる。同じダイヤモンド母集団の２つの鋭い放出ピーク（５１４ｎｍの緑色および８８５ｎｍの赤外）の組合せによって、ここに記載するダイヤモンド結晶は、緑色から赤外光の範囲に及ぶ光安定性（非退色）蛍光較正標準としての使用に理想的なものとなる。
【００３６】
再度図１を参照すると、発光ダイヤモンド材料を製造する方法は、
−  コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒を準備する工程；
−  ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーを準備する工程；
−  グラファイト粉末を準備する工程；
−  触媒、エンハンサーおよびグラファイトをブレンドして均質化されたブレンドを形成し、均質化されたブレンドを圧縮して高密度成形体の形態とする工程、ならびに
−  高密度成形体を高温高圧プロセスに供して、複数の欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を有する発光ダイヤモンド材料であって、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍおよび約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶで発光をする、発光ダイヤモンド材料を形成する工程を含む。
【００３７】
工程１０〜１８は、ＨＴＨＰプロセスに供される触媒／グラファイト／種晶ダイヤモンドコアを製造するためのプロセスを記載する。工程１０において、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの少なくとも１種から選択される触媒が準備される。触媒は、高い圧力および温度条件下でグラファイトのダイヤモンドへの変換を可能とする。
【００３８】
工程１２において、発光エンハンサーとして作用し得る、ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択される追加の成分が、準備される。エンハンサー元素の１つまたは複数からの原子が欠陥中心付近でダイヤモンド格子内に捕捉され得ると考えられる。この現象は、欠陥中心の電子状態を、その発光を増加させるように変化させ得る。
【００３９】
工程１６において、グラファイト粉末が準備される。グラファイトは炭素源であり、それからダイヤモンドが形成される。触媒、エンハンサーおよびグラファイトがブレンドされ、均質化されたブレンドが形成される。触媒、エンハンサーおよびグラファイトは、均質化された粉末ブレンドを形成するために、一緒にブレンドされる粉末とすることができる。
【００４０】
粉末ブレンドは、圧縮して固体成形体とし、次いで、ＨＰＨＴプロセスに供することができる。
【００４１】
ＨＴＨＰプロセスを、工程２０を参照して説明する。工程２０では、均質化され、成形体とされたブレンドを、高温高圧プロセスに供して、複数の欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を有する発光ダイヤモンド材料であって、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍの波長または約１．７７ｅＶ〜約１．３０ｅＶで発光する発光ダイヤモンド材料を形成する。
【００４２】
上記方法は、グラファイトをダイヤモンドに変換することと、材料が発光するように欠陥中心をダイヤモンドに組み込むことを同時に含む。混合物は、高密度成形体の形態で圧縮されると、３ＧＰａを超える圧力および１０００℃を超える温度でのＨＰＨＴ処理に供することができる。例えば、約４．５ＧＰａ〜約８ＧＰａのａ圧力および約１２００℃〜約２３００℃の温度である。
【００４３】
したがって、ＨＰＨＴプロセス中にグラファイトはダイヤモンドに転化し、同時に欠陥を組み込むことができる。欠陥の濃度は、ブレンド組成を変えることにより制御してもよい。複数の欠陥のあるダイヤモンドを成長させることも可能となり得る。
【００４４】
発光ダイヤモンド材料は、コバルト、鉄、マンガンおよびニッケルの群のうちの１つまたは複数から選択される触媒組成物と；ホウ素、ゲルマニウム、リン、ケイ素およびスズの群のうちの１つまたは複数から選択されるエンハンサーとを任意選択で含む材料の組成物から製造される。
【００４５】
発光ダイヤモンド材料は、約５０〜約７０ｗｔ％の触媒、約２〜約２０ｗｔ％のエンハンサー、および約２０〜約４０ｗｔ％のグラファイト粉末を含む材料の組成物から製造することができる。より具体的には、約５０〜約７０ｗｔ％のニッケル、約３〜約２０ｗｔ％のエンハンサー、および約２０〜約４０ｗｔ％のグラファイトである。
【００４６】
図２の窒素空孔中心ＮＶは、ダイヤモンドにおける最も一般的な色中心である。図２を参照すると、蛍光は広範囲であるが、自己蛍光は、輝度を阻害する可能性がある。照射とアニーリングは、より多くのＮＶ中心を創出することができる。
【００４７】
図２に示すケイ素空孔中心は、ダイヤモンドには一般的ではない。しかし、本明細書に記載のようなＨＰＨＴによって発現させることができる。更に、欠陥を創出するのに照射は必要ない。図２に示すように、ＳｉＶ中心は、バックグラウンド蛍光よりも鋭く明確な狭い蛍光ピークを有する。
【００４８】
得られる発光性材料は、約７００ｎｍ〜約９５０ｎｍまたは約１．７７〜約１．３０ｅＶで発光する少なくとも１つの欠陥中心を有する複数のダイヤモンド粒子を含む。欠陥中心の存在は、図３に示すように、フォトルミネッセンス分光法を使用して検証されており、ダイヤモンドは６６０ｎｍの光源で励起され、８８０ｎｍ〜８９０ｎｍまたは約１．４１ｅＶ〜約１．３９ｅＶの間にピークを伴って発光する。欠陥中心のレベルは、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）または電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）技法を使用して、更に定量化されている。
【００４９】
これらの欠陥中心の少なくとも１つが可視光、ＵＶ光、または赤外光で励起されると、フォトルミネッセンスを生じ、室温で収集した分光法データを用いると、少なくとも１つの欠陥中心が、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約７７５ｎｍ〜約９２５ｎｍおよび／または約８８０ｎｍ〜約８９０ｎｍで発光することが示される。
【００５０】
更に、実施例１の発光ダイヤモンドが４５０ｎｍの青色光源で励起されると、図４に示すように、５１４ｎｍのピークが観察される。したがって、発光ダイヤモンド材料は、約８８０ｎｍ〜８９０ｎｍおよび約１．４１ｅＶ〜約１．３９ｅＶで発光する少なくとも１つの第１の欠陥中心と、約５１０ｎｍ〜５２０ｎｍおよび約２．４３ｅＶ〜約２．３８ｅＶで発光する少なくとも１つの第２の欠陥中心とを有することができる。
【００５１】
別の実施形態において、発光ダイヤモンド内の８８５ｎｍピークおよび５１４ｎｍピークの相対強度の操作が可能であることが示されている。例えば、図５に示すように、実施例１に記載の方法を使用して試料ｈを製造した場合、適切な光源で励起すると、８８５ｎｍおよび５１４ｎｍの両方のピークが存在する。しかし、実施例１で使用したブレンドからエンハンサーの添加を排除することにより、この組成物から製造されたダイヤモンドは、試料ｄをもたらした。試料ｄにおける８８５ｎｍピークは抑制される一方、５１４ｎｍピークの発光強度は増強された。
【００５２】
得られる発光ダイヤモンド材料は、業界で公知の方法を使用して、約１００（ｌＯＯ）ｎｍ未満のダイヤモンド粒子を有する発光性ナノダイヤモンドに加工することができる。ダイヤモンド粒子は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ；約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ；約０．１μｍ〜約１μｍ；約５００ｎｍ〜約３０μｍ；および／または約１０μｍ〜約１００μｍのサイズを有することができる。他のナノサイズ粒子も企図されることを理解されたい。
【００５３】
上記のために、欠陥中心の密度または濃度は、本明細書において更に説明するように、約８ｐｐｍを超えるまでに上昇する。
【００５４】
したがって、本開示の方法は、蛍光性ダイヤモンドを製造する方法である。この技法は、電磁スペクトルの赤外領域で蛍光を発する蛍光ダイヤモンドを製造することができる。この方法は、圧縮過程１回当たり８グラム程度の大量の発光ダイヤモンドの製造にも使用されている。
【００５５】
上記のような本発明の発光ダイヤモンドを製造する方法の別の利点は、欠陥中心の創出のために照射が必要ないことである。
【００５６】
ここまで本主題を説明してきたが、これが多くの方法で修正または変更され得ることは明らかである。そうした修正および変更は、本主題の精神および範囲からの逸脱と見なすべきではなく、そのような修正および変形は全て、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図１】
2021522367.tif 000002
【図２】
2021522367.tif 000003
【図３】
2021522367.tif 000004
【図４】
2021522367.tif 000005
【図５】
2021522367.tif 000006
【図６】
2021522367.tif 000007
【国際調査報告】
2021522367.tif 000008
2021522367.tif 000009
2021522367.tif 000010