Abychom pochopili zásadní rozdíl mezi přírodním alexandritem a jeho analogy a imitacemi, pokusme se zjistit podstatu jeho jedinečné schopnosti a vlastnosti měnit barvu.
Co způsobuje změnu barvy u alexandritů?
Alexandrit je trichroický drahokam, který může absorbovat a odrážet světlo různě podél každé ze svých tří optických os. Trichroismus však není vůbec zodpovědný za tak pozoruhodnou vlastnost alexandritů. Změna barvy je výsledkem přítomnosti iontů chrómu +3 a způsobu, jakým jsou zabudovány v krystalové mřížce. U rubínů odpovídá čára absorpčního spektra pro ionty chrómu +3 vlnové délce přibližně 550 nanometrů, u smaragdů tedy přibližně 600 nm. V alexandritu odpovídá vlnová délka absorpční linie iontu chrómu +3 přibližně 580 nm. Tedy téměř na půli cesty mezi červeným rubínem a zeleným smaragdem! Denní světlo je polarizované s převahou modré a zelené barvy a alexandrit se jeví jako zelený. V umělém světle je převládající polarizace červená a alexandrit se pod lampou nebo svíčkou jeví jako červený.
Pokud se ke zkoumání alexandritu použije smíšený zdroj světla, například se osvětlí baterkou za denního světla, pak kámen bude vykazovat smíšenou barvu. Je velmi důležité vědět, že moderní zářivky s denním světlem poskytují smíšené osvětlení s určitou převahou spektra denního světla. V takovém osvětlení se projevy alexandritového efektu prakticky nepozorují.
Umělé osvětlení Smíšené osvětlení Přirozená barva denního světla
A teď něco málo k terminologii.
Imitace přírodní drahé kameny jsou výrobky, které se jim podobají pouze vzhledem – mohou to být buď uměle vytvořené materiály, nebo levné přírodní či syntetické minerální náhražky. Zhruba řečeno, napodobeniny jsou padělky přírodního kamene.
Syntetické analogy – uměle vypěstované minerály, které chemickým složením a většinou fyzikálních a optických vlastností odpovídají přírodním kamenům (a někdy jim v tomto ohledu mírně převyšují). Syntetický analog je stejný minerál, pouze nevytvořený přírodou, ale pěstovaný „in vitro“.
Několik vyčnívá „ušlechtilé“ kameny – přírodní útvary, jejichž „spotřebitelské“ vlastnosti, zejména barva, jsou zesíleny nebo změněny ohřevem, rentgenovým zářením, impregnací barvivy, polymery atd. „Rafinované“ alexandrity ještě nebyly na trhu vidět, ale často světle zelenožlutý cymofan získá bohatou medově hnědou barvu pomocí intenzivního gama záření.
Koncem 2. – začátkem 3. století se uměle v průmyslovém měřítku vyráběl syntetický korund (AlXNUMXOXNUMX), který se poměrně brzy začal používat jako náhradní obdoba přírodního rubínu a safíru v levné bižuterii a bižuterii. . Příměs vanadu a titanu při výrobě syntetického korundu mu poskytla alexandritový efekt s intenzivním zvratem od slabé modro-zeleno-šedé k syté červenofialové, fialové (ametystové) barvě. Toto je nejčastější imitace přírodní alexandrit. Také v polovině 20. století byly některé druhy syntetických spinelů použity k napodobení alexandritu.
Technické údaje napodobeniny Alexandrit je obvykle prezentován jako dublet, jehož horní část je tvořena tmavě červeným kamenem – obvykle almandinovým granátem nebo pyropem a spodní část je složena z levného zeleného kamene nebo skla.
První informace o laboratorní výrobě syntetický analog chrysoberyl-alexandrit pochází z druhé poloviny 1851. století. P.A. Chirvinsky ve svém klasickém díle „Umělá syntéza minerálů v 5. století“ uvádí, že Jacques Joseph Ebelmin získal v roce 6 syntetický chrysoberyl v krystalech o velikosti až XNUMX–XNUMX mm. Získal také umělý fenakit a sloučeninu beryllia a oxidů chrómu, která nemá přírodní analogy, která velmi přesně napodobuje optické vlastnosti alexandritu a liší se od něj pouze svým chemickým složením (oxid chromitý místo oxidu hlinitého).
Chrysoberyl byl také uměle syntetizován A. Saint-Clair Deville a Caron v roce 1858 a P. Otdeil a A. Pery v roce 1888.
A. Lacroix v roce 1887 v „Poznámce o metodách získávání korundu“ píše, že byl schopen uměle získat jehličkovité krystaly kosočtverečné soustavy, sestávající z oxidů berylia a hliníku (složení chryzoberylu). Dále uvádí, že přidáním chloridu chromitého do původní pěstební směsi získaly krystaly zelenou barvu, která „zmizely při zkoumání v umělém světle, podobně jako u různých chrysoberyl – alexandrit“.
V polovině 3. století prováděli růst syntetického alexandritu metodou „roztok v tavenině“ E. Farrell a J. Fang na Massachusetts Institute of Technology, ale velikost špatně vytvořených krystalů alexandritu dosáhla ne více než 4,4 mm. O něco později W. Bonner a L. Van Eutert z Bellovy laboratoře použili stejnou metodu k pěstování krystalů alexandritu až do velikosti XNUMX cm.
Průmyslová metoda syntézy chrysoberyl-Alexandritu metodou toku z roztoku v tavenině molybdenanu lithného byla vyvinuta v roce 1964 v USA. Výroba syntetických surovin pomocí této metody, patentované K. Klinem a D. Pattersonem, v průmyslovém měřítku začala v roce 1972 v laboratoři Creative Crystals v Saint-Ramond, Danville, Kalifornie.
Podstatou patentované metody je pomalé ochlazování roztoku BeO a Al2O3 v Li2O+MoO3 z teploty 1200°C rychlostí 1°C/hod. Oxid beryllitý a oxid hlinitý tvoří asi 4 % hmoty taveniny a oxid železitý (Fe2O3) a chrom (Cr2O3) – asi 1 %. Ve skutečnosti se obsah železa pohybuje od 0,7 do 2,8 % a chrómu od 0,001 do 0,5 %. Jako zárodečné krystaly se používají přírodní nebo syntetické chryzoberyly, které se umístí do platinového rámu a před začátkem chlazení se ponoří do taveniny. Růst pokračuje po dobu 7 až 9 týdnů, poté se krystaly odříznou, aby se alexandrit oddělil od semene. Tato metoda produkuje nejkrásnější syntetické alexandrity vhodné pro šperkařské účely a dodnes zůstává jednou z předních metod.
Největší krystaly se získávají Czochralského metodou – vytažením krystalu z taveniny. Výrobu syntetického alexandritu touto metodou provádí od roku 1970 japonská společnost Kyosera (Kyoto Ceramics Co.). Její produkty byly uváděny na trh pod názvy „inamori“A”cresent-vert” Syntetický alexandrit-inamori působí jako kočičí oko, jeho rub ze zelenožlutého na denním světle na červenofialový na umělém světle. Japonská společnost Seiko od roku 1980 syntetizuje alexandrit metodou zónového tavení.
Syntetický alexandrit Czochralski Syntetický alexandrit pěstovaný v tavidle
Pro své speciální optické a fyzikální vlastnosti je alexandrit ceněn nejen jako drahokam, ale také jako technický materiál, zejména v kvantové elektronice, zejména při výrobě laserů s plynulými změnami vlnových délek v rozsahu 700–815 nm . Lze je použít pro spektroskopii, žíhání polovodičů, v atmosférických lidarech, dálkoměrech, při zpracování pevných materiálů a v lékařství. Laditelné alexandritové lasery nyní našly zvláště rozšířené použití v lékařské kosmetologii a oční mikrochirurgii. Syntetický alexandrit je díky své vysoké čistotě a relativní levnosti ve srovnání s přírodním kamenem nepostradatelný jako high-tech materiál.
V roce 2003 vyvinula University of Rochester v New Yorku revoluční metodu laditelné změny rychlosti světla pomocí alexandritového krystalu a dvou pevnolátkových laserů, z nichž jeden je laditelný (Alexandrit). Při „standardní“ rychlosti světla ve vakuu 300 tisíc kilometrů za sekundu ji vědci dokázali snížit na 91 metrů za sekundu a také výrazně urychlit světlo. Tato technika (autoři Matthew Bigelow a další), na rozdíl od předchozích, funguje při pokojových teplotách a nevyžaduje drahé chladicí zařízení, může znamenat začátek nové éry v prostředcích přenosu a výměny dat ve výpočetní technice a unikátní výzkum v oblasti kvantové a relativistické mechaniky.
V Rusku od roku 1980 Laboratoř č. 6 Design and Technology Institute of Single Crystals (Novosibirsk) zavedla výrobu vysoce kvalitního syntetického alexandritu pomocí tokových metod (metoda G. Bukina), Czochralského, zónového tavení a hydrotermální syntézy. Zde pěstovaný syntetický alexandrit je vhodný pro technické i šperkařské účely a hmotnost jednotlivých krystalů vypěstovaných Czochralského metodou dosahuje půl kilogramu.
Cena fazetových vložek ze syntetického analogu alexandritu se pohybuje od 50 do 200 dolarů za karát (1/5 gramu), tzn. Po umělých šperkařských diamantech se jedná o nejdražší syntetické drahé kameny.
Syntetické analogy odpovídají přírodnímu alesandritu v chemickém vzorci a většině fyzikálních a optických vlastností. Přírodní alexandrit však zůstává nepřekonatelný jak v kráse, tak v hodnotě.
Bez ohledu na to, jak si o syntetických drahokamech myslíme, jsou realitou naší doby a někdy splní dětské sny za méně peněz, abyste získali podobu vašeho oblíbeného kamene.
Na závěr bych opravdu rád uvedl dlouhý citát z „Esejů“ D.N. Mamin-Sibiryak (1884), který v jednom odstavci dokázal vyjádřit svůj postoj k přírodnímu a syntetickému kameni a dokonce učinit zcela naplněnou předpověď do budoucna:
„Obecně můžeme jen říci, že doba kamenů jako by pominula a naše babičky rozuměly tiché řeči drahokamů lépe než jejich vnučky. V budoucnu, až začnou hrát levné falešné kameny, budou lidé pravděpodobně zcela osvobozeni od této vášně pro zdobení se drahokamy, stejně jako se nyní nezdobí jednoduchým sklem, které je stále v módě mezi divochy, kteří se nestali seznámení se sklárnami. Myslíme si, že nativní drahokam zůstane navždy cenným, jen jako předmět do mineralogických sbírek a pro ty nenapravitelné milovníky, kteří by ho nevyměnili za žádný trik nejnovější techniky. Pro takové milovníky drahokam není mrtvý minerál, ale něco živého, obdařeného živými vlastnostmi. Ve skutečnosti ne nadarmo kolem drahokamu vyrostl tento les pověr, poezie a náboženských analogií. Kámen má svůj vlastní život, temný a neprobádaný, projevující se formou krystalizace, v doprovodu známých hornin, v antipatii k ostatním, ve vztazích ke světlu, elektřině a chemickým činidlům. Právě tato krystalická forma stojí na hranici oddělující organickou přírodu od mrtvé hmoty a lidské oko zde zkoumavě hledá odpověď na její vnitřní vlastnosti, potřeby a temné organické pohyby. Mrtvá země se dívá na člověka těmito barevnými očima a mluví o tajemstvích života v ní skrytých. Toto je „poslední úsměv“ neorganizované přírody otupělé v krutém chladu.
Umělý, syntetický nebo GNC alexandrit, také známý jako chrysoberyl obsahující chrom, je alexandrit získaný procesem horizontálně směrové krystalizace. Historie syntézy a kultivace umělého chryzoberylu (Alexandritu) má několik důležitých etap.
Příběh
Ve druhé polovině 19. století byly provedeny první pokusy o syntéze BeAl2O4, která zahrnovala tavení nebo kalcinaci oxidů berylia a hliníku v přítomnosti různých mineralizátorů. Tyto experimenty vedly k vytvoření drobných krystalů chrysoberylu s inkluzemi tavidla. V roce 1944 byl učiněn pokus vypěstovat krystaly chrysoberylu z roztoku v tavenině. K tomuto účelu byly jako rozpouštědla použity směsi oxidu olovnatého a fluoridu a také oxid molybdenu s molybdenanem lithným. Zahřátím směsi tavidla s oxidy berylia, hliníku a chrómu v platinovém kalíšku na 1375 °C a následným ochlazením byly získány krystaly o velikosti 1–2 mm obsahující inkluze materiálu nádoby a tavidla.
Následně byly provedeny různé pokusy získat krystaly chrysoberyl, včetně hydrotermální metody, Verneuilovy metody, metody plovoucí zóny a metody transportu plynu. Kvalita a velikost výsledných krystalů však nesplňovala požadavky pro praktické použití. V roce 1974 začal Geologický a geofyzikální ústav SB RAS SSSR studovat podmínky pro krystalizaci chryzoberylu z taveniny Czochralského metodou. V relativně krátké době byly vyvinuty technologické postupy výroby krystalů chrysoberyl a alexandritu. Krystaly získané jako výsledek těchto studií měřily až 120 mm na délku a až 40 mm v průměru a měly vynikající optickou kvalitu. To umožnilo vytvořit první pevnolátkový laditelný laser.
Metoda horizontální směrové krystalizace
Horizontální směrová krystalizace (HDC) je metoda růstu krystalů, která poskytuje vysoce kvalitní produkty, ale vyžaduje komplexní technická řešení. Czochralského metoda (CZ), která zajišťuje vysokou kvalitu krystalů, vyžaduje neustálé sledování geometrie rostoucího krystalu a jeho hmotnosti. Speciální vážicí systémy automaticky měří nárůst krystalové hmoty nebo úbytek taveniny z kelímku.
V roce 1986 byly v laboratoři krystalizace taveniny Ústavu geologie a geofyziky SB VÚR zahájeny studie podmínek pro pěstování monokrystalů chryzoberylu a jeho odrůdy chromu – alexandritu metodou horizontální směrové krystalizace (HDC). Tato metoda, známá také jako Bagdasarovova metoda, je vysokoteplotní variací Bridgman-Stockbargerovy metody.
Proces spočívá v ohýbání molybdenové desky o tloušťce 0,2–0,5 mm do tvaru lodičky, do které se umístí nálož s chemickým složením pěstovaného krystalu a semínko. Loď se umístí na molybdenovou platformu růstové komory a podrobí se zahřívání. Po odčerpání vzduchu a nastavení požadované teploty se náplň roztaví a člun vyjede z ohřívací zóny danou rychlostí. Tavenina začíná krystalizovat na zárodečku a udržuje si svou krystalografickou orientaci – odtud název „řízená“ krystalizace. Tato metoda produkuje vysoce kvalitní krystaly a je široce používána ve výzkumu a průmyslu.
Proces pěstování krystalů chrysoberylu a jeho dopovaných odrůd pomocí horizontální směrové krystalizace (HDC) byl podroben výzkumu, který vedl k vývoji vylepšeného přístupu. U této metody může být počáteční natavení vsázky buď úplné nebo částečné, což je také známé jako metoda “plovoucí zóny” – zejména v případě částečného natavení uprostřed topné zóny.
Bylo zjištěno, že před tavením při teplotě 1867 °C prochází struktura chrysoberylu polymorfním přechodem prvního typu (t=1853 °C). Nová fáze, vzniklá v důsledku poklesu koordinačního prostředí hliníku, má výrazně větší měrný objem a ztrácí schopnost nahradit hliník d-prvky 4. periody (chrom, vanad, titan a železo). Vysokoteplotní modifikace chrysoberylu se stává stabilní pouze v blízkosti bodu tání a po ochlazení přechází do nízkoteplotní formy (chrysoberyl). To vede k silnému praskání a materiál získává křídový vzhled.
Vzhledem k tomu, že k tání chryzoberylu dochází vždy po polymorfním přechodu, vzniká tavenina, která si uchovává „paměť“ strukturního motivu tající látky. Tento metastabilní proces ztěžuje použití klasického GNC schématu pro stabilizaci nízkoteplotní modifikace chrysoberylu. K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta metoda stabilizace taveniny a zárodku, která umožňuje zavést zárodek po úplném roztavení vsázky a normalizovat taveninu. Tato technika byla vyvinuta na úroveň průmyslové technologie a poskytuje efektivní proces pro pěstování krystalů chrysoberylu a jeho legovaných odrůd.
Porovnání krystalů získaných horizontální směrovou krystalizací (HDC) a Czochralského metodou je důležitým aspektem studia technologie pěstování alexandritu. Alexandrit vzbudil pozornost v oblasti laserové technologie a byla analyzována optická kvalita vyrostlých krystalů.
Rozdíly mezi GNK krystaly a Czochralského krystaly
Ukázalo se, že radiační odolnost GNK-Alexandritu je výrazně vyšší ve srovnání s jeho Czochralovým analogem. To je způsobeno přítomností submikronových inkluzí obalových materiálů v objemu krystalů. U procesu GNC přispívá velký volný povrch taveniny a její aktivní konvektivní promíchávání v zóně blízkého povrchu k samočištění materiálu díky odstraňování mikročástic na povrch. Bylo zjištěno, že v krystalech pěstovaných metodou GNC je počet mikroinkluzí materiálu nádoby výrazně menší a klesá s postupem růstu.
Kromě toho alexandrit nachází využití také ve šperkařském průmyslu, což zdůrazňuje jeho význam v různých oblastech technologie a výzkumu.
Slabý alexandritový efekt v GNK krystalech může být způsoben obtížnou orientací během procesu řezání v důsledku silného pleochroismu alexandritu. Krystaly Czochralski mají přirozenou fasetu, což usnadňuje jejich orientaci a obvykle umožňuje lepší zvýraznění alexandritového efektu.
Porovnání dvou kamenů vybroušených ve stejné orientaci a obsahujících stejné legující nečistoty vyžaduje specializovanou gemologickou analýzu. Tato metoda umožňuje přesně určit způsob získání kamene.
Je zajímavé, že krystaly šperků GNK-Alexandrit dosahují působivých velikostí – asi 150 mm na délku a váží asi 0,5 kg. Ve srovnání s Czochralského krystaly jde o působivý úspěch, který podtrhuje účinnost a příslib metody GNC při výrobě velkých, vysoce kvalitních alexandritů.
Rozdíl v chování chrómu v procesech GNK a Czochralski má velký význam pro výrobu alexandritů. Při Czochralského metodě krystal aktivně „nasává“ chrom z taveniny, což vede ke snížení koncentrace chromu v krystalu a ztrátě barvy. Naopak metoda GNC nečistoty částečně vytěsňuje, což snižuje nerovnoměrné barevné a koncentrační pruhy chrómu v krystalech alexandritu. To je důležité pro dosažení vysoké kvality a barevné čistoty broušených kamenů.
Pokud jde o nesprávný název „hydrotermální“ pro alexandritové GNC krystaly, je to skutečně chyba. Hydrotermální krystaly se pěstují z roztoků při zvýšené teplotě a tlaku, zatímco GNC je metoda technologie taveniny. Proto je důležité tyto metody rozlišovat, aby nedocházelo k nedorozuměním a dezinformacím.
