金刚石作为重要的地球矿物,在地球内部经历了漫长的年代在一系列的地质运动过程中而被裹挟到地表。地球内部为一个高温高压体系,组成极其复杂,金刚石生长区域位于目前人类技术所能达到的探测深度之外,直接观察金刚石生长过程,判断天然金刚石的成因机制是无法实现的。20世纪50年代以来,开展高温高压实验,用于模拟天然金刚石生长环境,用于推测深部地球的物质组成成分已经成为高压科学的重要研究方向。天然金刚石内部内有各种杂质和包裹体,较为常见的杂质元素有氮、氢、氧、铁、镍等。这些杂质与包裹体为研究天然金刚石成核生长过程,探究地球内部物质循环等提供了丰富的信息。在关于天然金刚石生长环境的众多假说中,C-N-H-O流体体系被认为是天然金刚石最可能生长的环境之一。金属Fe、Ni也是被广泛认可的天然金刚石形成环境中重要的金属元素,因此构建Fe-Ni-C-N-H-O流体体系,探究该流体体系中金刚石的结晶规律,分析晶体内部杂质和包裹体含量、种类、存在形式对探究天然金刚石成因机制,推演地球内部化学组成环境等均有着重要的价值。本文使用国产六面顶超高压设备,使用了仅含有碳、氮、氢、氧的有机化合物烟酸(C6H5NO2)为添加剂,构建了一个含C-N-H-O流体的体系,在高温高压条件下使用铁、镍及其合金为金属溶剂,以温度差法为指导,制备了一系列的高氮含氢、氧杂质的金刚石单晶。本文系统的研究了Fe64Ni36含烟酸体系中,金刚石晶型、表面形貌、内部杂质种类与含量等随烟酸添加量的变化。同时探究了合成温度变化对金刚石晶体生长速率,晶体形貌以及内部氮杂质含量和存在形式的影响。本文还深入探究了烟酸添加对金刚石生长成核过程和晶体生长过程中物质输运的影响,分析了金属溶剂组成成分的变化,分析了烟酸添加对金刚石晶体结晶规律和生长特性影响的作用机制。最后本论文还探究了纯铁和纯镍含烟酸体系中金刚石的结晶规律,比较了纯铁、纯镍与Fe64Ni36做金属溶剂时金刚石结晶规律in vitro bioactivity,晶型、表面形貌和杂质含量与种类之间存在的差别,分析了产生晶体结晶规律和晶体特性产生寻找更多差异的原因。本论文的主要研究成果如下:1.通过使用烟酸为添加剂构建了一个含C-N-H-O流体的体系,使用Fe64Ni36、Fe、CX-5461 molecular weightNi为金属溶剂成功制备出富氮含氢、氧杂质的宝石级金刚石单晶。分析了烟酸添加量的改变对金刚石生长速率、结晶的形态、表面形貌、晶体的结晶质量和内部杂质含量及存在形式的影响,表征了金刚石晶体光致发光性质的变化,分析了产生变化的原因。分析了Fe64Ni36、Fe、Ni为金属溶剂,含C-N-H-O流体体系中合成的金刚石晶体的特性与天然金刚石晶体的异同,阐明了对天然金刚石成因的启示意义。2.探究了Fe64Ni36为金属溶剂,烟酸添加体系中,合成条件变化对于金刚石晶体生长规律的影响,考察了金刚石晶体中杂质含量和存在方式的变化。最终发现,合成温度的提高会增加金刚石晶体内部氮杂质含量,提高氮杂质聚集程度。研究发现最高合成温度条件下合成出的金刚石晶体与含CO2的黄褐色天然IbIa A型金刚石在红外谱图中表现出高度类似。3.研究烟酸添加对石墨碳源自发成核转化为金刚石的自发成核过程的影响以及自发成核金刚石生长晶体特征随烟酸添加量的变化。对不同合成阶段石墨碳源与金属溶剂之间的相互传质的程度进行了表征,分析了烟酸对相互传质过程的影响。对比了添加和不添加烟酸条件下,Fe64Ni36金属溶剂中组成成分的变化,阐述了烟酸对Fe64Ni36金属溶剂的影响,分析了烟酸添加对影响金刚石生长的作用机制。4.分别在纯铁和纯镍金属溶剂中,添加不同比例烟酸的环境中成功的合成出了金刚石晶体。比较了Fe64Ni36、纯铁、纯镍三种金属溶剂生长优质金刚石单晶所需合成温度和合成压力。分析了纯铁、纯镍金属溶剂中生长的金刚石晶体中杂质含量特别是氮杂质的含量和存在形式随烟酸添加量的变化情况。阐述了纯铁与纯镍金属溶剂中合成的金刚石晶体在杂质含量和存在形式产生差别的原因。