在高溫高壓法合成金剛石的過程中，有許多雜質(zhì)會(huì)以各種形式（置換原子、包裹體）進(jìn)入到金剛石的晶格中去。不同的雜質(zhì)對(duì)金剛石性能的影響也不同。例如金剛石晶體中大量的金屬包裹體直接導(dǎo)致金剛石的抗壓強(qiáng)度、TI、TTI值急劇下降；但也有一些元素能夠通過影響觸媒的催化作用，改變金剛石的生長條件、機(jī)制和過程，從而對(duì)金剛石的形貌、顏色、強(qiáng)度，內(nèi)部包裹體分布等各方面的性質(zhì)產(chǎn)生一定程度的影響，進(jìn)而改善金剛石的某些性能。

       氮作為金剛石中(包括天然金剛石和人工合成金剛石) 最普遍的雜質(zhì), 直接決定著金剛石所擁有的大多數(shù)光學(xué)性質(zhì)，并對(duì)晶體本身的熱學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性質(zhì)也有重要的影響，因此長期以來一直廣受研究者的關(guān)注。而天然金剛石就是以氮在其中的存在形式不同而被區(qū)分為Ⅰa型和Ⅰb型。

       由于碳、氮原子半徑極為相近，所以氮原子很容易占據(jù)金剛石晶體的格點(diǎn)位置，取代碳原子而形成色心，使金剛石變?yōu)槎喾N顏色，并且可能會(huì)提高金剛石的機(jī)械性質(zhì)等。因此摻雜氮將對(duì)我們進(jìn)一步豐富金剛石種類、拓寬金剛石應(yīng)用領(lǐng)域起重要的指導(dǎo)作用。所以，對(duì)雜質(zhì)氮元素在金剛石中作為添加劑的研究是金剛石領(lǐng)域中十分熱門的話題。

       諸多研究表明，在天然金剛石中，Ⅰa型金剛石（氮原子在金剛石中以小板片狀存在）比Ⅰb型（氮原子以單個(gè)原子的形式分散在晶體內(nèi)）具有更好的抗磨性、抗壓性和抗高溫塑性變形的性能。受此啟發(fā)人們?cè)谌斯ず铣山饎偸瘯r(shí)向合成棒中刻意加入一些氮化物并使之在金剛石內(nèi)以層片狀存在，以提高金剛石的性能。作者曾通過向合成棒中添加微量的氮化物進(jìn)行合成，并與不添加氮化物的合成棒所得金剛石的晶形、顏色、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)其原因進(jìn)行了簡單的分析。

       下圖所示為用同一粉末觸媒與石墨混合、壓制、合成后所得金剛石的顯微照片。圖（a）是添加氮化物的觸媒合成所得金剛石形貌，圖（b）是無添加氮化物的觸媒合成所得金剛石的形貌。從圖中我們可以看出，兩種觸媒合成出的金剛石晶形都比較完整，是典型的六-八面體結(jié)構(gòu)；添加氮化物的金剛石顏色為金黃色，而不添加氮化物的金剛石顏色雖然也是金黃色，但顏色較淺；將二者分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定，結(jié)果表明，添加了氮化物的金剛石平均抗壓強(qiáng)度為321.9N，無氮化物的金剛石平均抗壓強(qiáng)度為275.6N，平均抗壓強(qiáng)度提高了18.6%。也就是說，無論從晶形、顏色，還是抗壓強(qiáng)度而言，添加了氮化物的合成效果較無添加物的要好。那么，造成金剛石性能差異的內(nèi)在原因是什么呢？

       添加氮化物后金剛石的顏色呈現(xiàn)金黃色的主要原因是：當(dāng)有五個(gè)價(jià)電子的單原子氮替換只有4個(gè)價(jià)電子的碳原子后，剩下一個(gè)電子，在帶隙內(nèi)形成約4eV的氮施主能級(jí)，由于熱振動(dòng)等原因使該能級(jí)擴(kuò)張，當(dāng)可見光中能量大于2.2eV的光將附加電子激發(fā)到導(dǎo)帶，所以藍(lán)紫色的光被擴(kuò)展的施主能級(jí)吸收，從而使金剛石呈現(xiàn)黃色。

       添加氮化物使金剛石的抗壓強(qiáng)度提高的主要原因是：氮元素的核外電子層結(jié)構(gòu)為1S22S22P3。當(dāng)?shù)舆M(jìn)入金剛石晶格中，且對(duì)外成鍵軌道呈SP3雜化狀態(tài)時(shí)，由于2S22P3中有四個(gè)電子參與形成四面體鍵，因而還多出一個(gè)未對(duì)外成鍵的原子。這個(gè)電子在四面體鍵上出現(xiàn)的幾率為1/4。當(dāng)?shù)诮饎偸谐示奂瘧B(tài)的小板片狀出現(xiàn)時(shí)，每兩相鄰氮原子之間除由共價(jià)鍵結(jié)合之外，還有幾率為1/4+1/4=1/2的電子云分布，從而構(gòu)成了類似于石墨的不飽和π鍵集合體，呈抗磁性。以這種形式存在的氮使整個(gè)聚集態(tài)氮原子之間的結(jié)合力得到加強(qiáng)，以至比碳原子之間的結(jié)合還牢固。這就是當(dāng)?shù)釉诮饎偸幸孕“迤瑺畲嬖跁r(shí)可以明顯提高金剛石抗壓強(qiáng)度的原因。

       然而當(dāng)金剛石中的氮以單個(gè)原子類質(zhì)同晶地取代碳原子時(shí)，它所多出的一個(gè)電子便會(huì)被局限在一個(gè)C-N鍵上，由于C-N鍵的軌道中已為兩個(gè)成鍵電子所占據(jù)，又無其它未成鍵電子與之耦合成π鍵，故這個(gè)電子只能處在反鍵軌道上。因?yàn)榉存I軌道上的電子處于較高的能態(tài)，結(jié)果將C-N鍵拉長，計(jì)算C-N鍵長可能比C-C鍵大10%。這種畸變了的鍵直接影響到晶體的完整性。因此當(dāng)金剛石中的氮含量增加到一定程度時(shí)，金剛石的性能便開始下降。