Bản tin tháng 01/2016

Kim Cương Đen Có Nguồn Gốc Màu Sắc Khác Thường

Một viên kim cương dạng tròn giác cúc màu đen, nặng 1,75 ct (hình 1) đã được gửi đến phòng giám định GIA ở Carlsbad để xác định nguồn gốc màu sắc. Kim cương đen tự nhiên thường được tạo màu bởi các bao thể của sulfide, than chì hoặc các bao thể khoáng vật khác hoặc, trong trường hợp hiếm gặp hơn là do các đám mây liên quan đến hydrogen kéo dài khắp viên đá. Kim cương đen được xử lý nói chung là những viên đá bị nứt vỡ nặng đã trải qua nhiệt độ cao, áp suất thấp, làm graphite hóa các vết nứt, biến chúng thành màu đen. Chiếu xạ nhân tạo cũng có thể tạo ra một màu đủ tối để tạo ra diện mạo màu đen cho kim cương, nhưng điều này ít phổ biến hơn (H. Kitawaki, “Kim cương: Nguyên nhân và màu sắc”, New Diamond and Frontier Carbon Tech­nology, Vol. 17, No. 3, 2007, trang 119 – 126).

Những kiểm tra ban đầu, viên đá được ghi nhận là chứa các vết nứt lớn, ăn sâu; do đó, quá trình xử lý áp suất cao, nhiệt độ thấp đã được nghĩ tới. Tuy nhiên, kiểm tra kỹ hơn cho thấy các vết nứt được bao quanh bởi các vết bẩn phóng xạ màu nâu sẫm. Các vùng có bề mặt không bị nứt trên phần đáy cho thấy độ trong suốt bình thường của kim cương, làm cho vết bẩn phóng xạ nổi bật lên do khác biệt về độ nổi. Do các vết bẩn phóng xạ trong kim cương không có phản ứng với tia cực tím sóng ngắn, nhóm nghiên cứu đã đặt viên đá vào thiết bị DTC DiamondView để xác nhận bản chất của chúng. Hình 2 cho thấy rất nhiều vết nứt được bao quanh bởi các dãy màu tối, đó là các vết bẩn phóng xạ.

Vết bẩn phóng xạ tự nhiên cung cấp bằng chứng quan trọng cho nguồn gốc màu sắc của một viên kim cương. Kim cương đã được tạo màu tự nhiên bởi phóng xạ có thể có các vết liên quan đến màu đó, mặc dù đây không phải là tiêu chí quyết định. Trong trường hợp này, các vết bẩn phóng xạ rất nhiều và dày đến mức gây ra màu đen cho viên kim cương. Quan sát kỹ phần đáy (hình 3) cho thấy độ trong suốt tương đối của viên kim cương tương phản với màu sắc bão hòa cao từ màu do phóng xạ của các vết nứt. Mức độ bao phủ của các vết bẩn hoàn chỉnh đến mức chỉ có thể nhìn thấy một vài khu vực trong suốt khi nhìn trực diện. Một số màu là do sự hiện diện của các bao thể nhỏ màu đen, nhưng hầu hết chỉ là do các vết bẩn phóng xạ tự nhiên, một nguyên nhân bất thường của màu sắc.

(Theo Troy Ardon, phần Lab Notes quyển G&G Winter 2013)

 

Bao Thể Zircon Hình Sao Trong Morganite Màu Hồng Tím Rực Rỡ

Gần đây phòng giám định GIA ở Carlsbad đã kiểm tra một viên morganite màu hồng tím rực rỡ, nặng 4,95 ct (hình 4). Ngoài màu sắc bão hòa của nó, viên đá còn đặc biệt đáng chú ý bởi bao thể của nó. Kiểm tra bằng kính hiển vi cho thấy vô số bao thể hình sao, mỗi cái có nhiều nhánh thon nhọn.

Đặc điểm ngọc học ghi nhận được như sau: chiết suất RI là 1,577 – 1,583 và tỉ trọng SG là 2,73. Nó không có phản ứng phát huỳnh quang dưới tia UV sóng dài hay sóng ngắn. Tất cả các tính chất này phù hợp với beryl, điều này được xác nhận thêm bằng quang phổ FTIR và Raman.

Các bao thể trong đá được thấy dưới hình dạng ngôi sao tỏa tia thú vị, với những chiếc kim mảnh tỏa ra từ một điểm hạt nhân trung tâm. Nhìn với ánh sáng phân cực, các kim thể hiện tính lưỡng chiết. Ánh á kim cương (sub-adamantine) đã được quan sát thấy trong đó một số kim đã lộ lên đến bề mặt (hình 5). Quang phổ Raman xác định các bao thể này là zircon, phù hợp với các quan sát ban đầu của nhóm nghiên cứu. Các bao thể zircon đôi khi được tìm thấy trong beryl pegmatite, nhưng chúng thường xuất hiện dưới dạng tinh thể hình lăng trụ hoặc dạng hình tròn gây ra mối nguy hại cho đá chủ của chúng do sự mất ổn định tương đối của zircon (E. J. Gübelin và J. I. Koivula, Photoatlas of Inclusions in Gemstones, ABC Edition, Zurich, 1986, trang 197).

Ngoài các cụm zircon, đá cũng chứa các bao thể lỏng, tinh thể trong suốt, các mây dạng hạt bụi và các kim đơn lẻ. Hình thái đặc biệt của các bao thể zircon, kết hợp với màu hồng tím rực rỡ, làm cho viên đá quý này trở nên khá độc đáo. (Theo Tara Allen và Nathan Renfro, phần Lab Notes quyển G&G Winter 2013)

 

Spinel Được Gửi Giám Định Dưới Tên Là Kim Cương

Đá nhái/mô phỏng kim cương vẫn được lưu hành rộng rãi và là thường xuyên được nhìn thấy trong phòng giám định GIA. Mặc dù vậy, rất hiếm khi chúng ta bắt gặp một viên đá quý tự nhiên giả mạo thành một viên kim cương màu. Phòng giám định GIA ở New York gần đây đã nhận được một mẫu đá thô 0,5 ct với màu hồng đậm bão hòa rực rỡ (hình 6) đáng chú ý để kiểm định chứng nhận là kim cương màu và xác định nguồn gốc xuất xứ của nó. Viên đá hiển thị dạng tinh thể bát diện với vô số hoa văn hình tam giác trên mặt tinh thể của nó. Các vết khắc lõm hình tam giác này, gây ra bởi sự hòa tan hóa học, là đặc điểm phổ biến của cả kim cương và spinel tự nhiên nhưng cũng đã được quan sát thấy trong spinel tổng hợp tăng trưởng từ chất trợ dung (M. S. Krzemnicki, “Cảnh báo thương mại: Spinel đỏ tổng hợp từ chất trợ dung một lần nữa xuất hiện trên thị trường, SSEF Newsletter, 14 tháng 10 năm 2008, trang 3). Khi được nhìn thấy trên các khối bát diện, họa tiết hình tam giác có sự định hướng theo hướng đối diện với mặt tinh thể (một lần nữa, xem hình 6). Hình 7 cho thấy một vết vỡ dạng vỏ sò đặc biệt nằm giữa các hoa văn hình tam giác, một đặc điểm xa lạ đối với kim cương. Đặc điểm này, cùng với màu sắc nổi bật của mẫu đá, cho thấy nó là một thứ khác, không phải kim cương.

Phổ UV-Vis với độ phân giải cao ghi nhận các dãy bức xạ và các đỉnh hấp thu không thấy trong kim cương tự nhiên. Kiểm tra kỹ hơn với phổ phát quang bức xạ điện từ khẳng định các đỉnh chromium ở 685, 687, 689 và 700 nm. Chromium gây ra màu đỏ/hồng trong spinel nhưng không hiện diện trong kim cương. Dãy hấp thu hẹp của đỉnh 685 nm, cùng với sự hiện diện của dãy hấp thu ở ~ 533 nm trong phổ UV-Vis, đã chứng minh đây là một loại đá chưa qua xử lý (S. Saeseaw và cộng sự, “Phân biệt các spinel xử lý nhiệt với các spinel tự nhiên không nung nhiệt và với spinel tổng hợp: Một đánh giá ngắn về các nghiên cứu hiện tại”, www.giathai.net/pdf/Heated_spinel_Identification_at_May_25_2009.pdf). Các quan sát khác bao gồm tỉ trọng 3,45 – 3,48, phù hợp với spinel, cũng như phát quang màu đỏ vừa đến mạnh dưới chiếu xạ cực tím sóng dài và sóng ngắn. Mặc dù viên đá được gửi đến để xác nhận là kim cương, nhưng viên đá này thực chất là spinel màu hồng tự nhiên.

Phát hiện này đóng vai trò như một lời nhắc nhở về tầm quan trọng của cả kỹ thuật ngọc học cơ bản và quang phổ hiện đại trong việc xác định khoáng vật quý.

(Theo Martha Altobelli, Paul Johnson và Kyaw Soe Moe, phần Lab Notes quyển G&G Winter 2013)

 

Trâm Cài “Gran Dama” Ấn Tượng Với Viên Ngọc Ốc Melo Kích thước Lớn

Sau khi trở nên nổi tiếng trong thế kỷ 19, ngọc ốc Melo tái xuất trên thị trường đá quý vào những năm 1990. Những viên ngọc ốc cực kỳ quý hiếm này được tạo ra từ một loài ốc ở Ấn Độ, một loài ốc biển có nguồn gốc ở Đông Nam Á. Bản thân ngọc ốc không có ánh xà cừ và được nhìn thấy ở nhiều sắc độ màu khác nhau như cam, vàng, xám và nâu. Khi có được viên ngọc ốc Melo nặng 98,67 ct, được cho là một trong những viên ngọc lớn nhất thế giới, nhà thiết kế trang sức nổi tiếng Gianmaria Buccellati đã tạo ra chiếc trâm cài “Gran Dama” để phô bày vẻ lộng lẫy của viên đá quý đặc biệt này (hình 8).

Được tạo ra để tôn vinh sức mạnh của thai kỳ, hình ảnh chiếc trâm, nói theo cách riêng của Buccellati, “cao quý nhất và thuần khiết nhất, tôi dám nói với tâm thế thiêng liêng và nhân văn”. Trong khi nhiều năm được đầu tư vào thiết kế ý tưởng và tìm nguồn cảm hứng, bản thân chiếc trâm đã tiêu tốn đến ba năm để hoàn thành, từ thiết kế ban đầu đến thành phẩm. Ngọc ốc Melo, tượng trưng cho tử cung của thai phụ, được làm nổi bậc bằng cách gắn nó trên chất liệu bằng vàng màu vàng, hồng và trắng, được bao quanh bởi 410 viên kim cương tròn giác cúc rực rỡ và 139 viên kim cương màu. Viên ngọc trai nuôi South Sea có hình quả lê, 18,21 ct được sử dụng gắn ở đầu trâm cài tạo nên một sự tương phản hình ảnh nổi bật với viên ngọc hình cầu màu cam ở trung tâm của tác phẩm nghệ thuật này.

(Theo Jennifer-Lynn Archuleta, GIA, Carlsbad, phần Gem News International quyển G&G Winter 2013)

 

Moissanite Tổng Hợp Kích Thước Lớn Với Cấu Trúc Thù Hình Silicon Carbide

Carbide silicon (SiC) gồm một nguyên tử carbon được bao quanh bởi bốn nguyên tử silicon ở dạng tứ diện. Moissanite tổng hợp không màu là carbide silicon tinh khiết; sự kết hợp của các tạp chất tạo ra màu sắc, bao gồm cả màu đen. Độ cứng cao của nó (chỉ đứng sau kim cương) và tính dẫn nhiệt làm cho nó trở thành một loại đá nhái/mô phỏng kim cương thuyết phục nhất. Cả hai loại moissanite tổng hợp trong suốt và mờ đục đã được gửi đến phòng giám định GIA trong hai thập kỷ qua. Trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu kiểm tra một viên moissanite tổng hợp 29,73 ct nhưng lại được gửi đến dưới tên gọi là kim cương đen (hình 9, bên trái).

Bề mặt không đồng đều và các bao thể màu đen phá vỡ bề mặt có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Các hoa văn khảm của các vùng xám nhạt và đậm được quan sát dưới kính hiển vi và trở nên khác biệt trong hình ảnh Raman (hình 9, bên phải). Các hốc nhỏ và các sọc mài theo các hướng khác nhau đã hiện diện trên bề mặt mặt bàn, và cấu trúc hạt được quan sát thấy trong một hốc lớn trên gờ. Quang phổ Raman xác định vùng màu xám đậm là silicon carbide.

Thật thú vị, mỗi điểm kiểm tra ngẫu nhiên cho thấy các dãy cấu trúc thù hình silicon carbide (nghĩa là, thành phần hóa học giống hệt nhau nhưng cấu trúc tinh thể hơi khác nhau). Cấu trúc thù hình 6H–SiC (6 = số chuỗi sắp xếp, H = lục giác và SiC = silicon carbide) đã được phát hiện bởi các dãy Raman ở 789,6; 765,0 và 148,0 cm^-1. Các cấu trúc thù hình khác cũng được phân biệt bởi các dãy Raman: 3C–SiC (C = khối lập phương) tại 970,1; 968,4; 797,8; 795,4 và 788,2, cm^-1; 4H–SiC ở 785,7 cm^-1; và 15R-SiC (R = rhombohedral – dạng hình thoi) ở 768,4 cm^-1 (hình 10; xem thêm P. Colomban, “SiC, từ vật liệu vô định hình đến vật liệu nano, mẫu bó sợi được tạo ra từ tiền chất polymer”, trong bài viết của M. Mukherjee, Ed., Silicon Carbide—Materials, Processing and Applications in Electronic Devices, InTech, 2011, trang 161 – 186). Ngoài các dãy này, một dãy Raman sắc nét được cho là do silicon đã được phát hiện ở 520,2 cm^-1 tại một vài vị trí. Không thể phát hiện thấy các dãy tương ứng với 6H–SiC ở 238,8 và 148,0 cm^-1 ở tất cả các vị trí đo. Các vùng màu xám nhạt được xác định là silicon ở 520,0 cm^-1 (hình 10, ảnh thêm vào bên trái). Các bao thể màu đen, nhìn thấy bằng cả mắt thường và kính hiển vi, được xác nhận là than chì. Như hình 11 minh họa, hình ảnh hiển vi của bao thể than chì cho thấy mạch than chì vô định hình (các dãy Raman rộng ở khoảng 1561,0 và 1339,0 cm^-1) trong nền than chì kết tinh (các dãy sắc nét ở 1580,0 và 1350,0 cm^-1).

Trong quá trình tăng trưởng SiC, sự xoay dọc theo liên kết cộng hóa trị tạo ra các lớp nguyên tử Si và C xen kẽ dọc theo trục c với trình tự cấu trúc khác nhau, có thể thấy rõ trong mặt phẳng (1120) nhưng không dọc theo mặt cơ sở. Sự xoay này có thể xảy ra ở năng lượng rất thấp. Vì năng lượng tăng trưởng không thay đổi thì rất khó kiểm soát, nên hai hoặc nhiều cấu trúc thù hình silicon carbide có thể hình thành đồng thời trong quá trình tăng trưởng; hiện tượng này được gọi là polytypism – đa hình. Phổ Raman đã được sử dụng để phát hiện các cấu trúc thù hình này. Mặc dù có hơn 250 cấu trúc thù hình đã được biết, nhưng SiC có thể được phân thành loại beta (β) hoặc alpha (α). Loại beta kết tinh theo kiểu đối xứng mạng tinh thể lập phương (ví dụ: 3C–SiC), loại alpha trong dạng đối xứng lục giác (ví dụ: 6H–SiC).

Các phương pháp tăng trưởng truyền thống của silicon carbide liên quan đến nén kết và ép nóng và cũng có những kỹ thuật mới hơn. Carbide silicon có phản ứng liên kết có thể hình thành khi silicon lỏng phản ứng với than chì xốp. Carbide silicon này chứa cả silicon tinh khiết (như một thành phần liên kết) và than chì. Các nghiên cứu trước đây đã dự đoán rằng moissanite tổng hợp màu đen có chứa bao thể silicon có thể được phát triển bằng phương pháp dịch chuyển hơi vật lý (PVT) (xem Winter 2009 GNI, trang 308; phần Lab Notes, Spring 2011, trang 54 – 55). Sử dụng phương pháp PVT, các nhà nghiên cứu đã phát triển các khối tinh thể silic carbide lớn đến tới 50 x 25 mm với tốc độ 1,2 mm mỗi giờ ở áp suất 10 kPa (Q. -S. Chen và cộng sự, “Tăng trưởng khối tinh thể silicon carbide bằng phương pháp dịch chuyển hơi vật lý và các nỗ lực mô hình hóa trong quá trình tối ưu hóa quy trình”, Journal of Crystal Growth, Vol. 292, 2006, trang 197 – 200). Tuy nhiên, phân tích Raman tại một số điểm thử nghiệm chỉ xác nhận cấu trúc thù hình 6H–SiC.

Hình 11: Hình ảnh hiển vi của bao thể than chì (hình thêm vào) cho thấy một mạch trong phần nền. Phần nền được cấu tạo từ than chì kết tinh, như được đề xuất bởi các dãy Raman sắc nét ở 1580,0 và 1350,0 cm-1. Mạch được xác định là than chì vô định hình bởi các dãy rộng ở khoảng 1561,0 và 1336,0 cm-1. Ảnh của Kyaw Soe Moe (hình thêm vào).

Mẫu này đã được gửi đến để chứng thực về nguồn gốc xuất xứ và xác nhận có phải là kim cương màu hay không, nhưng người ta phải luôn chú ý đến các đặc điểm bề mặt, chẳng hạn như hoa văn khảm của các vùng màu xám nhạt và đậm trong ánh sáng phản chiếu, cùng với các bao thể màu đen bị vỡ bề mặt, loại này không thể nhìn thấy trong kim cương đen. (Theo Kyaw Soe Moe, Paul Johnson, and Ren Lu, phần Lab Notes quyển G&G Winter 2013)