Các Vật Liệu Đá Quý Tổng Hợp (Bản tin tháng 12/2019)

Giới Thiệu Các Vật Liệu Đá Quý Tổng Hợp (Tiếp Theo)

SYNTHETIC QUARTZES – THẠCH ANH TỔNG HỢP (PHỔ BIẾN)

Thạch anh chất lượng đá quý, chẳng hạn như citrine, thạch anh hồng, thạch anh ám khói và thạch anh tím, thì luôn có vẻ hấp dẫn riêng. Nhưng thạch anh chất lượng đá quý trong tự nhiên rất phong phú nên sự khan hiếm không phải là lý do mà các nhà nghiên cứu quan tâm trong việc cần thiết phát triển bằng cách tổng hợp thạch anh chất lượng đá quý. Lý do là nó đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ. Nó có thể tạo ra một dòng điện khi nó đặt dưới điều kiện áp suất nhất định và có thể chuyển động giống như phản ứng của dòng điện xoay chiều. Những đặc tính này được đưa vào sử dụng thực tế trong loại thiết bị đo thời gian, đồng hồ, thiết bị truyền thông, bộ lọc và máy dao động.

Thạch anh tím: Thạch anh tím được tăng trưởng trong phòng thí nghiệm và các loại thạch anh tổng hợp khác đã thâm nhập vào thị trường trang sức sau khi được phát triển cho các ứng dụng công nghiệp. Thạch anh tăng trưởng bằng phương pháp nhiệt dịch đầu tiên xuất hiện trong các phòng thí nghiệm vào những năm 1890. Cho đến tận Thế chiến thứ II, thạch anh tổng hợp mới được bán rộng rãi trên thị trường.

SYNTHETIC SPINEL – SPINEL TỔNG HỢP (PHỔ BIẾN)

Đầu thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu cố gắng tạo ra sapphire xanh tổng hợp nhưng tình cờ họ lại tạo ra spinel xanh tổng hợp. Kể từ đó, spinel tổng hợp đã được sử dụng phổ biến để thay thế cho nhiều loại đá quý tự nhiên. Vào những năm 1990, một sản phẩm mới của Nga, loại spinel tổng hợp dùng chất trợ dung được giới thiệu với nhiều màu sắc khác nhau, trong đó có màu đỏ, một màu không thường thấy nhiều từ sản phẩm của phương pháp cũ, tổng hợp nhiệt nóng chảy trong ngọn lửa.

SYNTHETIC OPAL – OPAL TỔNG HỢP (THỈNH THOẢNG)

Vào những năm 1970, Công ty Gilson đã phát triển một quy trình gồm ba bước để tạo ra opal tổng hợp. Đầu tiên, các quả cầu silica siêu nhỏ được tạo ra thông qua sự kết tủa. Tiếp theo, các quả cầu lắng động trong nước có tính acid trong hơn một năm. Cuối cùng, máy ép thủy tĩnh nén ép gia cố các quả cầu mà không làm biến dạng sự sắp xếp chồng lớp lên nhau tạo ra hiệu ứng đốm màu nhấp nháy thường thấy trong opal.

SYNTHETIC ALEXANDRITE – ALEXANDRITE TỔNG HỢP (HIẾM GẶP)

Vì không có đủ alexandrite tự nhiên để đáp ứng nhu cầu, các chất tổng hợp khác nhau đã xuất hiện trên thị trường để nhái/giả alexandrite trong vài thập kỷ qua. Alexandrite đã được tổng hợp bởi một số quy trình khác nhau, bao gồm phương pháp Czochralski, vùng nổi và dùng chất trợ dung. Ngoài ra, corundum tổng hợp thay đổi màu thường được sử dụng để nhái/giả alexandrite tự nhiên. Trong những trường hợp hiếm khác như spinel đổi màu tổng hợp có thể dùng để nhái/giả alexandrite, cũng bắt gặp trên thị trường.

(Lược dịch theo “An Introduction to Synthetic Gem Materials”, Robert Weldon, GIA)

Emerald Được Lấp Đầy Nhựa Dính: Quan Sát Dưới Thiết Bị DiamondView

Emerald từ tất cả các nguồn mỏ thường xuyên chứa các vết nứt phát triển lên đến bề mặt và kết quả là dễ bị tác động bởi các quá trình cải thiện độ sạch (lấp đầy mặt nứt với dầu hoặc nhựa dính) để cải thiện vẻ bề ngoài của chúng. Số lượng và sự khác nhau của các chất lấp đầy trong emerald chắc chắn ảnh hưởng ít nhiều đến giá trị viên đá trên thị trường mua bán (M.L. Johnson và những người khác, “Về việc xác định các chất được sử dụng lấy đầy mặt nứt trong emerald”, quyển G&G Summer 1999, trang 82 – 107). Gần đây, Phòng giám định đá quý Lai Tai-An nhận được một viên đá emerald từ khách hàng để làm giám định, với yêu cầu tập trung xem xét mức độ cải thiện độ sạch trong viên đá. Hình ảnh DiamondView cho phép giải thích một cách trực quan mức độ lấp đầy theo cách mà khách hàng có thể dễ dàng hiểu được.

Viên đá emerald mài giác, trong suốt, nặng 16,15 ct và có kích thước 16,80 × 14,07 × 9,48 mm. Nó có độ bão hòa màu lục nhạt đến trung bình và có các bao thể màu trắng đục nhìn thấy được bằng mắt (hình 1). Kiểm tra chỉ tiêu ngọc học cơ bản ghi nhận chỉ số chiết suất RI là 1,570 – 1,575, tỉ trọng thủy tĩnh SG khoảng 2,66 và phản ứng màu lục phớt vàng yếu dưới bức xạ tia cực tím sóng dài. Quan sát phóng đại dưới kính hiển vi ngọc học ghi nhận các bao thể lỏng và bao thể ba pha đặc trưng của emerald tự nhiên. Khi xoay mẫu vật, “tia lóe sáng màu xanh” đặc trưng của vật liệu lấp đầy nhựa đã được nhìn thấy trong nhiều khe nứt (hình 2). Những kết quả này đã xác nhận rằng viên đá này là emerald tự nhiên, được cải thiện độ sạch. Sau đó, quang phổ hồng ngoại đã được thực hiện để phân tích chi tiết hơn vật liệu lấp đầy mặt nứt này. Các đỉnh nhựa dính ở 3061, 3040, 2965, 2930 và 2870 cm^-1 (hình 3) đã xác nhận sự hiện diện xử lý nhựa dính trong đá, như phán đoán ban đầu khi quan sát bằng kính hiển vi ngọc học.

Mặc dù các chuyên gia ngọc học có kinh nghiệm có thể không khó để xác định các chất lấp đầy khác nhau có trong emerald bằng cách sử dụng các thiết bị cao cấp như phổ hồng ngoại biến hình Fourier (FTIR) hoặc quang phổ Raman, nhóm tác giả muốn kiểm tra sự phù hợp của một thiết bị khác để hỗ trợ xác định các chất lấp đầy và giúp xem phạm vi và mức độ lấp đầy được áp dụng trên viên đá. Nhóm tác giả đã chuyển sang sử dụng thiết bị DiamondView và thu được một số hình ảnh thú vị từ viên emerald được cải thiện độ sạch này.

Trước tiên, bề mặt viên đá được quan sát theo các hướng khác nhau dưới nguồn sáng khả kiến của thiết bị DiamondView, cho đến khi nhìn thấy rõ các mặt nứt phát triển lên đến bề mặt. Tiếp theo, viên đá được quan sát dưới năng lượng cực tím sóng ngắn sẽ thấy rõ chất nhựa dính lấp đầy trong các mặt nứt và khi hệ thống các đường màu xanh này trải dài trên khắp bề mặt viên đá sẽ tương phản với màu cam phát huỳnh quang của viên beryl. Các vết nứt được xử lý càng nhiều (số lượng liên quan đến chiều rộng và chiều sâu) thì phản ứng tạo màu xanh càng mạnh (hình 4).

Kết quả của cách kiểm tra đơn giản này cho thấy cách mà DiamondView có thể được áp dụng như thế nào. Mặc dù DiamondView không thể xác định chính xác các chất lấp đầy, nhưng nó cung cấp một giải pháp phát hiện sự hiện diện của chất lấp đầy có thể được áp dụng cho nhiều loại đá quý. Cần xem xét khi lựa chọn bức xạ sóng cực ngắn, vì có thể có những tác động không tốt về màu sắc và độ bền cấu trúc của viên đá chủ và chất lấp đầy, điều này chưa được tính đến và chưa nghiên cứu kỹ. 

(Theo Larry Tai-An Lai (service@laitaian.com.tw), Lai Tai-An Gem, Laboratory, Taipei, phần Gem News International, quyển G&G Winter 2018)

Moissanite Tổng Hợp Phủ Màng Mỏng Kim Cương Để Nhái Kim Cương Thô

Một tinh thể bát diện màu vàng (có thể nhìn xuyên qua) trong suốt  (hình 5) nặng 5,35 ct dưới dạng một viên kim cương thô đã được gửi đến Viện Địa chất Viễn Đông (FEGI) để kiểm tra.

Các mặt của khối bát diện cho thấy bề mặt có hình dạng bậc thang và các cạnh có các rãnh song song. Các mặt và các cạnh đều trơn tru, ngoại trừ một mặt bị hư hỏng cơ học là đáng quan tâm. Ban đầu, mẫu vật được kiểm tra bằng các thiết bị ngọc học thông thường. Nó trơ dưới chiếu xạ cực tím sóng dài (365 nm) và dị hướng. Kiểm tra độ dẫn nhiệt thì phù hợp với kim cương. Tuy nhiên, các thử nghiệm về độ dẫn điện thì không thuyết phục: Một số khu vực (chủ yếu ở các cạnh) tương ứng với kim cương, nhưng các khu vực khác (trên các mặt trơn và hơi gợn lồi lõm) thì cho thấy nó là moissanite tổng hợp. Không có bao thể liên quan đến kim cương tự nhiên. Chỉ có các bao thể nhỏ dạng hình kim song song nhau, đặc trưng cho moissanite tổng hợp, được nhìn thấy bằng kính hiển vi ngọc học (hình 6).

Chụp X-quang cắt lớp cho thấy phần bên trong của mẫu được phân tách bởi mật độ tập trung tia X với lớp vỏ ngoài của nó, độ dày thay đổi từ 19 đến 115 micron (hình 27). Phân tích vi dò điện tử với máy vi phân tích bốn rãnh? JEOL JXA-8100 cho thấy sự hiện diện silicon lên tới 61% khối lượng trên một số mặt được đánh bóng của tinh thể, cùng với titanium trong thành phần của lớp bề mặt (hình 8 và bảng 1). Một số mặt được đánh bóng cho thấy dấu hiệu hóa học của kim cương.

Dựa trên những kết quả này, các tác giả đã xác định mẫu đá này là moissanite tổng hợp được phủ một lớp mỏng kim cương. Dựa trên nghiên cứu của T. Teraji và những người khác (“Lắng đọng hơi hóa học của kim cương đa tinh thể được làm giàu bằng đồng vị carbon 12”, Japanese Journal of Applied Physics – Tạp chí Vật lý ứng dụng Nhật Bản, No. 51, 090104, 2012, trang 1 – 7), lớp phủ kim cương có thể được tạo ra bởi kim cương đa tinh thể. Lớp ngoài cùng được làm bằng vật liệu tổng hợp bao gồm chất nền kim loại và các hạt kim cương nano.

Bảng 1: Phân tích vi điện tử của một số phần trên bề mặt của tinh thể “kim cương”.

Phổ	C	O	Al	Si	Ti	Tổng
1 2 3 4 5 6	37,52 46,93 37,88 8,84 40,74 41,18	1,61 4,96 0,59 0 0 1,25	0,12 0,13 0,10 0,47 0,07 0,08	60,76 47,82 61,28 11,90 59,18 57,46	0 0,16 0,15 78,79 0 0,04	100 100 100 100 100 100

Viên đá nhái/giả kim cương chính là viên moissanite tổng hợp được phủ một lớp kim cương mỏng rất khó xác định, vì đặc điểm về ánh đá và độ dẫn nhiệt của nó tương ứng với kim cương. Ngay cả với lớp phủ rất mỏng không vượt quá 0,001 mm, mẫu này được kiểm tra đều tương thích với kim cương. Trong tương lai, ứng dụng màng phủ kim cương mỏng lên vật liệu phi kim cương có thể là một vấn đề khó khăn đối với các chuyên gia đá quý.

Công trình nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ tài trợ nghiên cứu cơ bản Nga (cấp N 16-05-00283) và Chi nhánh Viễn Đông của Viện Hàn lâm Khoa học Nga (N 15-1-2-003).

(Theo Vera A. Pakhomova, Dmitrii G. Fedoseev, Svetlana Y. Kultenko, Alexander A. Karabtsov, Vitaliia B. Tishkina; và Valentina A. Solyanik, Far East Geological Institute (FEGI FEB RAS), Vladivostok; Vladimir A. Kamynin, Gokhran of Russia, Moscow, phần Gem News Internatioanl, quyển G&G Winter 2018)