Đá painite màu đỏ, một khám phá mới ở Miến Điện
Painite (hình 1) là một khoáng vật cực hiếm. Thành phần hóa học là oxid nhôm, canxi và zirconium. Nó kết tinh theo hình lăng trụ lục phương; có độ cứng lớn hơn 8; tỷ trọng 4,01, chiết suất 1,78 đến 1,81; xoay màu cam phớt nâu đến màu đỏ đậm hơi giống ruby.
Thoạt nhìn các tính chất, nhất là màu thấy khá giống ruby (đá quý màu đỏ có giá trị). Tuy nhiên painite có độ cứng thấp hơn và chiết suất cao hơn ruby. Chất tạo màu đỏ trong ruby là crôm, còn crôm không có trong painite.
Người ta đã tìm thấy painite vào đầu những năm 1950 gần Mogok, Miến Điện. Nhiều năm sau, người ta chỉ biết chính thức có 3 tinh thể (8,5 đến 10,5 ct). Đến 2001 thì tính cực hiếm của painite đã thay đổi do tìm được một tinh thể 55 ct cũng gần Mogok, các nhà ngọc học địa phương nghĩ là painite nhưng không chắc chắn. Một phần tinh thể được gởi đến phòng thí nghiệm để xét nghiệm, phần còn lại được mài thành một viên mài giác 2,5 ct. Cả hai sau đó đã được xác định là painite.
Vài năm sau, người dân đã đào lấy được một số painite từ các tích tụ thứ sinh xung quanh Mogok. Đến tháng 5-2005 Miến Điện phát hiện hai mỏ painite ở gần Mogok. Hiện nay người ta đã khai thác được hàng ngàn tinh thể và mảnh tinh thể painite. Tuy nhiên chỉ vài phần trăm của chúng là có thể mài thành đá quý và hầu hết thì nhỏ. Đa số đá mài giác nặng từ 0,05 đến 0,30 ct, cá biệt có viên đạt 1,32 ct (hình 1) và mới đây nhất có viên đạt 2,02 ct. Chúng có màu đỏ nâu đến nâu cam.
Năm 2002, tại Namya, một địa phương khác ở miền bắc Miến Điện, người ta cũng tìm thấy painite. Chúng được phát hiện chung với spinel, corundum và zircon. Tuy nhiên painite vùng này có màu hồng nhạt, khác hẳn màu của painite vùng Mogok.
Như vậy, khi mua bán đá màu đỏ painite, chúng ta nên cẩn thận vì rất dễ bị nhầm lẫn với ruby.
Đá quý màu đỏ mới nữa nhưng ở Tây tạng: Plagioclase
Từ nhiều năm qua, nhiều người biết đến đá quý màu đỏ mài giác với tên gọi labradorite-đá mặt trời (thuộc nhóm plagioclase, fenspat), có xuất xứ từ mỏ Ponderosa, bang Oregon. Gần đây, người ta cũng phát hiện plagioclase chất lượng quý ở Cộng Hòa Dân Chủ Congo, chúng cũng có màu đỏ, còn có màu lục, vàng nhạt và không màu.
Từ khi các đá plagioclase “gọi là Congo” có màu xuất hiện trên thị trường năm 2002, các nhà buôn đá quý tìm cách chứng minh nguồn gốc và thu thập đá thô nhưng các nỗ lực của họ đều không như ý. Một số nhà buôn thì chứng minh Trung Quốc có thể là xuất xứ của các đá này.
Gần cuối năm 2005 GIA nhận được một số mẫu đá fenspat từ những nhà cung cấp đáng tin cậy. Họ cho biết chúng được khai thác ở một mỏ thuộc miền trung Tây Tạng, nằm phía tây Trung Quốc. Vùng mỏ này đã bắt đầu khai thác từ tháng 10-2002 trong các trầm tích thứ sinh dày 4 mét. Sản lượng mỗi tháng đạt 300 đến 800 carat đá mài giác. Thành phẩm phổ biến cỡ 2 – 3 ct (hình 2), nhưng cũng có viên lên tới 30 ct. Hầu hết có màu đỏ cam, một số ít màu lục. Đôi khi cũng có viên đổi màu khi chiếu sáng khác nhau, có màu lục với ánh sáng khuếch tán và màu đỏ với ánh sáng tia mạnh. Đá thô fenpat vùng này cũng có những màu khác như nâu, cam, vàng và không màu, tuy nhiên những loại này ít được khai thác.
GIA đã xác định chúng là plagioclase andesine thuộc nhóm lớn fenpat. Plagioclase là nhóm khoáng vật cực kỳ phổ biến trong các đá xâm nhập và có rất nhiều ở nước ta, rất tiếc đến giờ này nước ta vẫn chưa phát hiện được plagioclase nào có chất lượng đá quý. Bản tin trước chúng tôi có đề cập Việt Nam mới phát hiện đá fenpat K chất lượng quý, nhóm khoáng vật này và plagioclase (nhóm fenpat Na, Ca) đều được xếp vào nhóm lớn fenpat.
Cubic zirconia (xoàn Mỹ) màu xanh dương giống saphia.
Khách hàng mang đến phòng thí nghiệm của AGTA (Hiệp Hội Kinh Doanh Đá Quý Hoa Kỳ) một viên đá cuội màu xanh dương đậm nhờ giám định và hỏi nó có phải là saphia hay tanzanite. Ông này đã mua nó khi đi công tác ở châu Phi.
Viên đá nặng 38,44 g (= 192 ct), có dạng đá cuội không đều, kích thước 34 x 21 x 20 mm. Bề mặt cong và lỗ chỗ, giống như là nó đã bị bào mòn do nước. Các hốc nhỏ bề mặt chứa vật liệu màu nâu vàng giống như đất (hình 3). Nhờ dáng vẻ này làm nó giống cuội sỏi thiên nhiên. Lớp da sần sùi và lớp đất nhét trong các hốc là nguyên nhân làm viên đá dường như bị tối và khó quan sát bên trong. Chỉ khi dùng ánh sáng mạnh chiếu xuyên qua, thì bản chất đá trong suốt có màu xanh dương mới bộc lộ rõ ràng.
Khảo sát dưới tia cực tím sóng dài, viên đá có phản ứng màu lục mạnh, đó là tính chất không hề có ở saphia hay tanzanite. Với cực tím sóng ngắn, đá có màu trắng phấn yếu. Phân tích hóa chỉ thấy chủ yếu các nguyên tố Zr, Y, với một ít Hf, Fe, Cl, K và Ca, nhưng hoàn toàn không có Al và Si, là 2 nguyên tố có rất nhiều trong các đá tự nhiên. Phân tích quang phổ Raman, xác định chính xác viên cuội là đá nhân tạo và tên gọi là cubic zirconia (xoàn Mỹ màu xanh, có bản chất giống loại xoàn Mỹ màu trắng thường gắn trong nữ trang).
Khi mua một viên đá từ những nơi xa lạ thì rất dễ bị đánh lừa, một số người bán lẻ xấu bụng thỉnh thoảng dùng các thủ đoạn khác nhau để gạt khách hàng. Trường hợp trên đây là một ví dụ cụ thể.
Thuỷ tinh giàu barium giả làm kim cương thô.
Mới đây GIA nhận được một viên đá gọi là “kim cương thô” để giám định. Viên đá không màu, nặng 1,53 ct, có hình tháp đôi tám mặt, trong suốt.
Với hình dáng như vậy, thoạt nhìn rất giống tinh thể kim cương. Tuy nhiên, dọc theo các cạnh, bề mặt viên đá có dạng hạt lấm tấm do mẻ và rạn nứt nên các chuyên viên GIA nghi ngờ nó là một loại đá khác vì dáng vẻ này chưa hề thấy ở kim cương thô tự nhiên.
Viên đá phát quang màu xanh dương mạnh dưới tia cực tím sóng dài và xanh dương vừa dưới cực tím sóng ngắn. Ngoài hình dáng rất giống kim cương thì tính chất này cũng rất dễ gây nhầm lẫn vì một số kim cương cũng phát quang như thế.
Do vậy, GIA phải sử dụng những phương pháp kiểm tra khác để xác định. Chiết suất viên đá đo được 1,53, tỷ trọng là 2,63 và với bút thử Presidium thì đá không phản ứng. Ba tính chất này xác định viên đá không phải kim cương. Phân tích hóa chủ yếu có các nguyên tố Ba, K, Ca, Si và với một ít Fe, Zn, Cl. Phổ hồng ngoại xác định viên đá có gốc silicat và oxid. Hình giao thoa có dạng chữ thập dưới 2 nicon vuông góc hoàn toàn không giống kim cương mà lại giống thủy tinh. Quan sát dưới phóng đại, bên trong viên đá không có tạp chất.
Qua các phân tích trên, GIA xác định viên đá này là thủy tinh giàu barium. Lại thêm một nạn nhân nữa khi mua kim cương thô mà lại trúng thủy tinh. Thực tế để xác định được một viên đá là loại gì thì nhiều khi phải cần một số thiết bị hiện đại và các chuyên viên kinh nghiệm mới có thể làm được. Điều này không phải phòng xét nghiệm đá quý nào cũng đạt được.
Thủy tinh đổi màu
Năm 2004, trên thị trường đã xuất hiện một loại thủy tinh nhân tạo đổi màu với tên gọi “Zandrite”, giả làm đá alexandrite. Năm 2005, một loại thủy tinh đổi màu khác đã được chế tạo, dưới đèn huỳnh quang đá có màu xanh dương phớt tím rất giống tanzanite và đổi sang màu tím phớt đỏ dưới đèn vàng nóng hoặc dưới đèn huỳnh quang mạnh tương đương ánh sáng ban ngày. Loại đá này các nhà sản xuất đặt tên là “Zandrite Màu Tím”.
Trong hình 5 là một viên zandrite tím, hình tam giác, nặng 5,14 ct, mài theo kiểu giác cúc. Chiết suất đo được là 1,538; tỷ trọng 2,82. Các số đo này hơi cao hơn với số liệu của thủy tinh zandrite màu lục đến hồng năm 2004 (Chiết suất 1,521 và tỷ trọng 2,66). Đá thủy tinh zandrite tím này cho thấy tính khúc xạ kép bất thường nhưng yếu, dưới kính lọc Chelsea có màu hồng phớt cam rất yếu và trơ với tia cực tím. Vật liệu này có phổ của nguyên tố đất hiếm, giống với zandrite màu lục hồng. Dưới kính phổ để bàn, thấy được các vạch và dải hấp thu trung bình đến mạnh ở 435, 475, 480, 510, 520-535 và 670 nm, cũng có 2 vạch yếu ở 465 và 620 nm.
Phân tích hóa học thấy silic là nguyên tố chính, còn có các nguyên tố vết như K, Cu, Zn, Zr, Ce và Nd. Các nguyên tố đóng vai trò tạo màu trong zandrite tím là Cu, Ce và Nd, trong đó chính yếu là Nd. Phổ hấp thu mạnh ở zandrite là do sự hiện diện nhiều của Nd và đó chính là sự khác biệt với zandrite màu lục hồng.
Đá nhân tạo được sản xuất ra để thay thế đá nào đó trong tự nhiên. Loại zandrite lục hồng dùng để thay thế alexandrite, còn loại zandrite tím để thay thế tanzanite.
Các tin mới nhất về kim cương tổng hợp CVD
Sản xuất được kim cương CVD rất sạch
Sau hàng chục năm thử nghiệm, cuối cùng con người đã có thể nuôi những viên kim cương có chất lượng cao (hình 6), quý hiếm như của De Beers.
Đã làm được gì: Các khoa học gia có thể nuôi các viên kim cương đơn tinh thể lớn lên hơn 2 ct trong một ngày (kim cương trên nhẫn cưới đa số nhỏ hơn 1 ct). Họ sử dụng phương pháp tích tụ hơi hóa học (CVD) để chế tạo đá quý này, qua đó có thể nuôi nhiều tinh thể kim cương chỉ có cacbon cùng một lúc (hình 8 &10).
Tại sao phải chế tạo: Nhà kim hoàn khát khao có nhiều viên kim cương quý giá như viên Hope 45 ct để dùng làm trang sức, có người lại nghĩ đến lợi nhuận từ kim cương. Với CVD, con người có thể chế tạo hàng loạt kim cương bán dẫn với chi phí rẻ nhưng lại mạnh hơn bán dẫn silicon hàng trăm lần.
Ai làm được: Cho đến bây giờ chỉ có Russell Hemley ở Phòng Thí Nghiệm Vật lý thuộc Học viện Wasington và các nhà nghiên cứu của công ty Apollo Diamond ở Boston là đã chế tạo được những viên kim cương lớn nhất và một số thì hầu như không có tạp chất bên trong. Ở châu Âu có tập đoàn Carbon Power Eelectronics mà đứng đầu là công ty Element Six, nhà sản xuất kim cương Hòa Lan, đã sản xuất được các diode kim cương tổng hợp, là bước đi đầu tiên hương đến chế tạo chất bán dẫn kim cương (hình 7).
|
|
|
|
Hình 7: Các viên kim cương CVD của Cty Element Six (bên trái)và của Cty Apollo (bên phải). Hình của Hitakawi.
|
Khi nào: Trong những năm qua, các nhà khoa học đã đủ sức chế tạo đơn tinh thể kim cương 10 ct, có màu và độ sạch hơn hẳn nhiều kim cương tự nhiên. Trong thập niên tới, giá thành chế tạo sẽ hạ nhiều. Hy vọng rằng chất bán dẫn kim cương đầu tiên sẽ xuất hiện thị trường năm 2011.
Cách nuôi kim cương CVD
1. Đặt mầm: Chuẩn bị một khay chứa mầm là các viên kim cương dẹp, cỡ nút áo, tinh khiết. Quá trình sản xuất kim cương giống như sự tích tụ các lớp cacbonat canxi lên hạt cát tạo thành ngọc trai, các mầm kim cương này làm nền để nuôi thành những viên lớn hơn (hình 8).
2. Nuôi kim cương: Đặt khay mầm vào trong một buồng vi sóng, rồi cung cấp khí hydro và mêtan. Khi nhiệt độ lên đến khoảng 700oC, hydro kết hợp với mêtan tạo nên các nguyên tố cacbon dạng tương tác cao.
|
|
|
1. Đặt mầm
|
2. Nuôi kim cương
|
3. Tăng trưởng
|
4. Tạo dáng
|
|
Hình 8:Các bước nuôi và sử dụng kim cương CVD. Hình của Popular Science
|
3. Kim cương tăng trưởng: Các nguyên tố cacbon này rơi xuống từ đám mây plasma nóng và kết nối với cacbon trên bề mặt các mầm. Chẳng bao lâu sau một tinh thể kim cương mới hình thành (kim cương và mầm).
4. Tạo dáng viên đá: Một khi kim cương đạt được kích thước mong muốn (12 giờ lớn được 1 ct), tách viên kim cương mới nuôi ra khỏi mầm. Cắt mài viên đá này giống như là làm với kim cương tự nhiên.
Kim cương tổng hợp CVD dùng làm gì?
1. Quang học: Nhờ khả năng chịu nhiệt và bền với hóa chất nên các thấu kính kim cương (hình 9) truyền các tia la-de sắc nét hơn và ở nhiệt độ cao hơn so với thấu kính selenide kẻm mà công nghiệp hay dùng. Đang cần có những thấu kính kim cương tạo các tia la-de CO2 dùng để cắt, hàn và giải phẩu với độ chính xác cao.
2. Chất bán dẫn: Bộ vi xử lý hoạt động quá nhanh sinh ra nhiều nhiệt. Chất bán dẫn silicon bị phá huỷ ở 120oC, nhưng kim cương phải đến 700oC mới bị. Do đó, chúng có thể chạy rất nhanh với vận tốc đến 81 gigahertz mà không cần một cơ chế làm nguội nào (chip silicon chạy nhanh nhất là 10 gigahertz).
3. Đá quý: Kim cương tổng hợp chất lượng quý với những màu khác nhau thì đã xuất hiện lâu rồi, nhưng đá cỡ lớn và không màu thì lại hiếm. Tập đoàn kim cương của De Beers đang bị một áp lực lớn: Phải làm sao để các nhà kim hoàn phân biệt được kim cương tự nhiên và nhân tạo, De Beers đã phải bắt đầu cho khắc logo trên kim cương tự nhiên.
Những thắc mắc khác về kim cương CVD
Có giống với đá tự nhiên không? Giống hoàn toàn. Các kim cương nhân tạo có cấu trúc nguyên tử y hệt đá tự nhiên, do đó về mặt bản chất chúng cũng được gọi là kim cương. Các tính chất vật lý, hóa học và quang học giữa tự nhiên và nhân tạo đều giống nhau. Thực tế thì các nhà khoa học đã chọn lựa kỹ lưỡng các mầm là kim cương tự nhiên hoàn toàn không tạp chất, họ còn kiểm soát quá trình nuôi chặt chẽ, nhờ vậy mà họ có thể sản xuất một cách hệ thống các kim cương nhân tạo không màu và ít tạp chất hơn so với phần lớn đá tự nhiên.
Các đá tổng hợp tăng trưởng nhanh hơn không? Chưa có ai biết chính xác thời gian kim cương tự nhiên thành tạo xong bên trong vỏ địa cầu. Tuy nhiên các nhà địa chất lại biết rằng phải mất hàng triệu năm sau kim cương tự nhiên mới đẩy được lên bề mặt địa cầu, từ đó chúng mới được khai thác. Như vậy chắc chắn là từ lúc nuôi đến lúc sử dụng kim cương tổng hợp nhanh hơn biết bao nhiêu lần so với đá tự nhiên.
Rẻ hơn bao nhiêu? Công ty Apollo cho biết giá bán một viên kim cương tổng hợp gần không màu cỡ 0,25 ct là 500 USD (so với đá tự nhiên cùng cỡ và chất lượng là 750 USD) và giá của đá lớn hơn sẽ hạ rất nhiều một khi đi vào sản xuất hàng loạt. Hiện nay giá bình quân của các viên đá cỡ làm trong nhẫn cưới thấp hơn đá tự nhiên 30%. Như thế thì giá đá nhân tạo vẫn còn rất cao dù có thấp hơn đá tự nhiên, trong tương lai không xa, hy vọng giá sẽ xuống thấp phù hợp với túi tiền của nhiều người.