синтетический опал что это такое
Синтетический опал что это такое
Камень опал обладает удивительной, словно мистической красотой. Он неустанно притягивает к себе взгляды, очаровывая смотрящих. Уникальность дивному минералу придает неповторимый окрас. Создается впечатление, что на его поверхности словно вспыхивают и гаснут миллионы разноцветных радужных искр. Обусловлена столь необычная способность опала высоким содержанием воды. Иными словами, минерал — это своеобразный гель. У него внутри все время перемещаются крошечные шарики породы. Это и позволяет дивному камешку одаривать окружающих цветными переливами.
Краткое описание
По физическим свойствам опал является твердым гидрогелем оксида кремния. По качествам он близок к кварцу, однако отличается от последнего переменным содержанием влаги. Количество воды в породе колеблется от 0,4 до 32%. Именно от концентрации жидкости во многом зависят свойства камней, а также их ювелирная ценность. Благородный опал должен содержать от 6 до 10% воды. Такие экземпляры особенно ценятся у ювелиров. Чем больше влаги входит в состав минерала, тем он прозрачнее. Камень, который высыхает полностью, становится абсолютно непрозрачным. В то же время он утрачивает свои свойства, может потрескаться и даже рассыпаться.
Название минералов переводится с саксонского языка как «драгоценные камни». Действительно, за свою потрясающую красоту они обрели огромную популярность в ювелирном искусстве. Опалы часто используют для изготовления серег, брошей, браслетов, кулонов. В обрамлении драгоценного металла минерал выглядит просто великолепно.
Опалы: факты из истории и события наших дней
Любовь к благородным камням опалам передалась современным людям от наших далеких предков. Древнеримский писатель Плиний называл минерал «любовью отрока». А римский сенатор Нонний, у которого имелось настоящее богатство — великолепный перстень с большим опалом, закончил свою жизнь в бедности и изгнании. Он так и не согласился обменять горячо любимую вещицу на несметные богатства, которые сулил ему Марк Антоний.
Вставка из роскошного самоцвета присутствовала в короне императора Константина, правящего Священной Римской империей. Знатная особа свято верила в волшебные свойства опала. Константин считал, что минерал оберегает власть, жизнь и честь своего обладателя. Не сомневался он и в том, что самоцвет способен в случае особой необходимости сделать своего хозяина невидимым. Это убеждение стало причиной того, что в средневековые времена опал приобрел славу талисмана разбойников и воров. Аристократы надолго отвернулись от благородного камня, за которым закрепилась дурная репутация. Его считали главным атрибутом черных магов и алхимиков, «оком зла».
Через несколько десятков лет драгоценный камешек опал вновь вошел в моду. Особой популярностью он пользовался у блондинок. Светловолосые дамы считали, что украшения из необычного камня способны сделать светлые волосы еще более красивыми. Не могли остаться равнодушными к прекрасному минералу и царствующие особы.
Различные виды опалов пользовались особым почетом у итальянского семейства Медичей, английской королевы Виктории, француженки Жозефины Бонапарт и российской императрицы Александры Федоровны.
Особую популярность во всем мире самоцветы обрели после того, как были открыты богатые австралийские месторождения. И по сей день в этой стране добывают около 90% экземпляров. Именно здесь были найдены самые крупные представители вида — черные австралийские опалы. Но эта находка не стала самой необычной. В 1909 году специалисты обнаружили в одном из опаловых рудников скелет пресмыкающегося, напоминающего змею. Его длина составляла около 15 см. Но самым необычным было то, что скелет был полностью опализированным, все его части заменили камшки. Оригинальную находку продали в частную коллекцию.
Виды и расцветки опалов
В природе встречаются различные разновидности минерала. Всего их насчитывают более 130. Одним из наиболее дорогих, прекрасных и редких считается великолепный молочный опал с расплывчатой опалесценцией. Не менее прекрасно смотрятся и черные экземпляры. Как правило, они поражают феерией бликов зеленого, красного, фиолетового, синего, оранжевого и других оттенков. Окраска минералов зависит от типа химических элементов, входящих в состав.
Классифицируют минералы не только по окрасу, но и по структуре. Этот критерий позволяет выделить более 40 разновидностей. Наибольшей популярностью пользуются лишь несколько типов. Например:
В ювелирном деле чаще всего используют минералы молочного, оранжево-красного и синего оттенков. Последние называют черными из-за насыщенности цвета. Оценивают самоцвет по уровню опалесценции — игры цвета.
Некоторые люди считают отдельным видом дендроопал. Такой камень и правда существует, но он является разновидностью агатов. К опалам его причисляют недобросовестные продавцы и ювелиры, желающие набить цену изделиям. Поэтому, если вам предложат купить дендритовый опал, будьте внимательнее.
Где добывают прекрасные камни?
Различают опалы по способу происхождения. Есть 2 возможных вида генезиса:
Встречаются красивейшие самоцветы во всем мире. В разные времена их добывали в различных частях света. Месторождения находили в Чехии, Индии, Венгрии. Сегодня добыча камешков ведется в Монголии, Индонезии, США, Бразилии, Турции. А наибольшей популярностью пользуются самоцветы, добываемые в двух странах:
Особой оригинальностью обладают японские самоцветы. Их особенность в том, что такие образцы не добывают в естественной среде, а выращивают в лабораториях. Искусственный и природный минералы практически не отличаются друг от друга. Во всяком случае, непрофессионал точно не обнаружит разницу. Однако опалит, созданный человеком, имеет более яркие, насыщенные оттенки. Многообразие цветов камня поражает.
Какими магическими свойствами обладает волшебный камень?
Магические свойства опала известны с древних времен. Наши далекие предки верили, что волшебный самоцвет способен копить человеческие эмоции. Именно поэтому его рекомендуют носить в удачные жизненные периоды. Свойства минералов во многом зависят от их оттенка, поэтому нужно быть предельно внимательными с выбором. Необходимо помнить следующее:
Для того, чтобы камень хорошо выполнял свои функции, важно не только грамотно его выбрать, но и правильно носить. Если браслет или кольцо будет постоянно находиться на одной руке, эффект снижается. Лучше, если владелец будет периодически перемещать украшения с одной конечности на другую.
Лечебные свойства удивительного камня
Ценят поделочный камешек не только за магические, но и за поразительные лечебные свойства. Удивительный самоцвет способен оказывать положительное влияние практически на все системы и органы. Наши далекие предки использовали его для лечения самых разных недугов. Считалось, что:
Конечно, лечебные свойства, которыми обладает минерал опал, впечатляют. Однако рассчитывать только на его помощь не стоит. При возникновении любых недугов следует обязательно обращаться к врачу.
Каким знакам зодиака подходит опал?
Этот удивительный камень считается покровителем двух знаков зодиака:
Безусловно, значение опаловых камней в астрологии огромно. Носить эти прекрасные минералы могут любые знаки. В каждом случае самоцветы помогут и защитят.
В каком уходе нуждаются украшения с опалами?
В состав натуральных минералов входит от 6 до 10% воды. Столь высокое содержание жидкости связано с тем, что благородный камень опал имеет очень пористую структуру. В связи с этим самоцветы прекрасно впитывают не только влагу, но и другие вещества: косметику, духи, лак для волос. Безусловно, все эти средства наносят камню серьезный урон. Кроме того, опал не может похвастаться большой твердостью, как, к примеру, алмаз. Это значит, что камешки легко подвергаются внешним воздействиям и могут быть поцарапаны.
Чтобы украшения с дивными минералами прослужили как можно дольше, владельцам следует соблюдать несколько простых правил:
Если выполнять эти простые рекомендации, опал надолго сохранит свои качества и безупречный внешний вид. Роскошные украшения с дивным минералом будут радовать вас в течение долгих лет.
Как отличить натуральный опал от подделки?
Как отличить натуральный опал от его подделки (имитации). Виды подделок опалов, фото натуральных и поддельных опалов. Как обезопасить себя от покупки поддельных опалов?
Как отличить натуральный опал от подделок и имитаций? Не дай себя обмануть!
2) Внешний вид камня
Черный опал (Подделка):
Поддельный опал в украшениях:
Наверняка, Вы сталкивались с подобными ювелирными изделиями. Особенно их много в Киеве в торговых центрах. К сожалению, то что украшение продается в крупном магазине не является гарантией покупки оригинального камня. Посмотрите внимательно на фото, представленные выше, на всех этих фото есть общая черта: яркие пятна пигментации камня имеют четкие грани. Этого не может быть у натурального камня. Более того пигментация натуральных опалов меняется, если смотреть на камень под разным углом, она как будто бы перетекает из одной формы в другую и не похожа на блестки.
Натуральные опалы имеют мягкие переходы, которые не повторяются и меняют свой цвет под разным углом зрения.
Опалы дуплеты и триплеты
Дуплеты и триплеты опалов появляются при склеивании нескольких пластов пород. Сверху клеится натуральный опал, снизу подложка из железосодержащей руды. В триплетах поверх этого составного дуплета наносится прозрачный стеклянный купол. Для чего это делается?
Все очень просто. Таким образом можно «реанимировать» опал, а точнее тонкий его срез, остаток от опала, сотворив камень, подходящего размера и формы.
Естественно, такие рукотворные экземпляры не имеют высокой стоимости, так как от натурального опала там одна маленькая пластиночка.
Отличить такие камни просто, достаточно посмотреть в профиль камня. У натурального опала нет слоев, а дуплеты и триплеты многослойные.
Купить натуральный опал и не ошибиться!
Как обезопасить себя в таком простом и сложном деле одновременно, как покупка натурального опала? В первую очередь, если Вы ищете камень в интернете, не доверяйте сайтам одностраничникам (это такие сайты, где с главной страницы никуда перейти нельзя). Они делаются для продажи 1-2 видов товаров, стоят такие сайты очень дешево и по-этому их очень любят мошенники. Создается такой сайт быстро и недорого, а как только они наберут заказов, могут сайт «убить» (удалить) и Вы никогда не найдете тех, кто Вам продал подделку.
Второе, не мало важное примечание, советуем выбор остановить на крупном интернет магазине. Сам процесс создания и постоянного наполнения такого магазина очень дорогостоящий и долгий, по-этому никто не рискнет своей репутацией и длительной кропотливой работой над своим сайтом. Предпочтение нужно отдавать специализированным магазинам, таким как наш магазин драгоценных камней Topgems, так как именно в таких магазинах есть нужный ассортимент камней и украшений и специалисты, которые помогут подобрать то, что нужно именно Вам.
У настоящего магазина должны быть сертификаты на драгоценные камни. Понятное дело, что абсолютно все камни продаваться с документами не могут, так как единственный официальный государственный орган по сертификации и выдаче документов на камни в Украине «Державний Гемологічний Центр України» не может принять весь ассортимент магазина. Но достаточно хотя бы одного- двух заключений на этот вид камня, чтоб понимать с кем Вы имеете дело. Сертификаты должны быть в свободном доступе на сайте магазина.
Если Вы решили купить натуральный опал в стационарном магазине или ювелирной точке в торговом центре, потребуйте у них сертификат на камни. И обратите внимание, на бирке должен быть указан вид камня и его вес в каратах. Если же Вы уже купили украшение с опалом и сомневаетесь в его подлинности, Вы можете сами сдать его в Гемцентр на проверку.
Подведем итоги:
1) Натуральный опал не может стоить дешево
2) Опал не имеет четких геометрических форм своих переливов
3) Покупать без опаски натуральные опалы можно в крупных ювелирных интернет магазинах
От благородного опала к нанопленкам
Синтетическими драгоценными камнями сегодня никого не удивить. Рукотворные рубины и сапфиры сияют в кольцах и серьгах, а синтетические алмазы, как самые твердые природные камни, с успехом используются не только в ювелирной промышленности. Однако мало кто знает, что наиболее сложной задачей по созданию драгоценных камней оказался синтез благородного опала — одного из самых необычных и таинственных минералов с алмазной цветовой игрой. Подробно изучив динамику процесса роста опалов, ученые научились производить искусственный минерал, аналогичный природному. Необычные характеристики этого драгоценного камня сегодня привлекают не только любителей роскоши, но также физиков и технологов, поскольку с его помощью можно создать фотонику будущего.
Само название этого удивительного камня символично. Предполагают, что слово «опал» произошло от санскритского «упала», что в переводе означает «драгоценный камень». И благородный опал (precious opal) полностью оправдывает свое имя: он стоит в одном ряду с цветными драгоценными камнями, такими как изумруд и рубин, а черный благородный опал превосходит по стоимости даже бриллианты.
Уникальной особенностью этого камня является завораживающая игра цвета, связанная с дифракцией белого света на цветовые составляющие. Причина этого явления заключена в регулярной наноразмерной внутренней структуре камня, подобной кристаллической.
Любой образец благородного опала состоит из соприкасающихся между собой доменов (блоков) регулярной структуры, которые ориентированы различным образом. Потому так изменчив и богат красками «рисунок» дифракционной игры, возникающей при повороте камня относительно падающего света; так создается поразительный эффект «живой» цветовой радуги этого необычного минерала.
Подавляющее большинство месторождений благородного опала (96 %) находится на одном континенте — в Австралии. Первые попытки синтеза искусственных опалов были осуществлены французом Пьером Гильсоном в 1974 г. И сегодня две японские компании — Kyocera и Inamori — выпускают коммерческие синтетические опалы по разработанной ими технологии. Эти камни так и называются — опалы Гильсона, — поскольку по сути являются лишь имитацией природных камней: пространство между частицами кремнезема заполнено в них пластмассой.
Месторождений благородного опала в России нет. Это и было одной из причин, по которым около тридцати лет назад ученые из Новосибирского института геологии и минералогии СО РАН включились в «соревнование» по созданию синтетических благородных опалов, не уступающих по своим качествам природным драгоценным камням.
Седиментация или нанокристаллизация?
Первое сообщение о том, что регулярная структура благородного опала сложена монодисперсными сферическими частицами кремнезема (МСЧК) относится еще к 1964 г. В последующие годы внутреннее строение этого минерала с помощью электронной микроскопии изучалось многими исследователями.
С момента открытия регулярной структуры благородного опала и до последнего времени считалось, что этот минерал образуется в результате гравитационного осаждения (седиментации) МСЧК из щелочных коллоидных растворов (суспензий) в трещинах и пустотах осадочных пород с последующей их укладкой (самосборкой) в кристаллоподобную структуру.
Именно таким способом — путем спонтанного осаждения МСЧК либо осаждения с помощью центрифуг из суспензий в воде или этиловом спирте — получали синтетические опалы и новосибирские ученые, также первоначально придерживавшиеся гравитационной теории образования опалов. Первые предположения о том, что все не так просто и что этот минерал является результатом разновидности процесса кристаллизации, возникли вследствие просмотра большого количества образцов австралийского благородного опала в ходе визита новосибирцев в Австралию в 1996 г.
Однако окончательное решение о том, что благородный опал образуется путем объемной кристаллизации концентрированных (в результате седиментации) суспензий МСЧК, сложилось после знакомства с работой японского исследователя Т. Окубо (Okubo, 1993), изучавшего термодинамику перехода в упорядоченное состояние суспензий сферических частиц полистирола, метилметакрилата и кремнезема. В дальнейшем новосибирским исследователям довольно быстро удалось осуществить объемную направленную кристаллизацию опала в различных вариантах: с поверхности концентрированной суспензии на глубину и, наоборот, со дна сосуда к поверхности; более того — вырастить отдельные пластинчатые монокристаллы опала на поверхности суспензии.
Стало совершенно очевидно, что благодаря седиментации МСЧК происходит концентрирование суспензий до критической концентрации, после чего в них и происходит процесс кристаллизации опала. Образующиеся структурные блоки являются не чем иным, как нанокристаллами, а в целом поликристаллическая структура опала оказывается похожей на очень «увеличенную» структуру металла.
Кристаллы в ретроспективе
Следует уточнить, что термин «кристаллическая структура» по отношению к природному или синтетическому опалу носит все же условный характер: кристаллами эти образования являются лишь ретроспективно. На самом деле в процессе нанокристаллизации в концентрированных суспензиях участвуют отрицательно заряженные сферические частицы кремнезема, окруженные двойным диффузионным слоем противоионов, так что в целом эти образования являются электрически нейтральными.
Между последними существует межчастичное взаимодействие: молекулярное притяжение масс МСЧК, гравитационные силы как эквивалент молекулярного притяжения и при соприкосновении противоионных атмосфер — электростатическое отталкивание. На расстояниях между частицами, характерных для концентрированных суспензий, силы отталкивания намного превышают силы притяжения, поэтому для успешной нанокристаллизации необходимо ограничить объем, где идет процесс (создать так называемые стесненные условия).
Таким образом, в реальности МСЧК в регулярной структуре опала первоначально находятся на некотором расстоянии друг от друга и разделены жидкими прослойками дисперсионной среды, которые по толщине примерно равны толщине двух ионных атмосфер частиц-соседей. Именно к таким «настоящим» нанокристаллам относятся все теоретические рассуждения и расчеты, как и практически выполняемый эксперимент. Теряя дисперсионную среду, нанокристаллы превращаются в «сухие» структуры, где МСЧК находятся уже в непосредственном контакте. Это и будет то, что мы называем опалом.
Теория ДЛФО (названная по первым буквам фамилий исследователей: Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека) позволяет рассчитать потенциальные энергии притяжения и отталкивания на реальных расстояниях между частицами в суспензии или в первоначальном нанокристалле. Однако с этих позиций подход к анализу процесса нанокристаллизации оказывается малопродуктивен. Данную проблему более оправданно рассматривать не с позиции энергии частиц, а с точки зрения сил межчастичного взаимодействия. Также необходимо, помимо сил притяжения/отталкивания и гравитационных сил, учитывать еще и силы дипольного взаимодействия, возникающего при деформации ионной атмосферы.
Такой подход позволяет в конкретных экспериментальных случаях рассчитывать величины противоположно действующих сил и корректировать их действие еще в суспензии, практически добиваясь баланса сил, что имеет место в нанокристаллах.
Нанокристаллы, содержащие дисперсионную среду, могут быть легко механически разрушены и диспергированы в собственной дисперсионной среде (вода, этиловый спирт) до вторичной суспензии, которая в покое вновь кристаллизуется. Механизм данного явления, известного как обратимая тиксотропия, ранее малопонятный, легко объясним в рамках вышеизложенных представлений.
На основе теории нанокристаллизации благородного опала ученые смогли осознанно подойти к синтезу высококачественного драгоценного камня, понять природу многочисленных дефектов структуры, а также разработать методы, позволяющие избежать их появления. В результате удалось получить не только образцы минерала, по всем параметрам идентичные природному камню, но также объемные нанокристаллы опала с высокими фотонно-кристаллическими характеристиками, изученными в Физико-техническом институте (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе РАН.
Опаловые нанопленки
Регулярная наноструктура опала давно привлекла внимание физиков как перспективный фотонно-кристаллический материал (Yablonovitch, 1987). В дальнейшем исследования по этой теме велись как у нас в стране: в ФТИ, — так и в нескольких крупных зарубежных научных центрах. Внимание исследователей сосредоточилось на получении опаловых пленок на твердой подложке, которые, будучи оптически прозрачными, могут иметь толщину до нескольких микрон и состоять из десятков слоев МСЧК.
Качественные опаловые пленки являются базовым материалом, на основе которого могут создаваться различные функциональные материалы для использования в таких микрофотонных устройствах, как переключатели, перестраиваемые фильтры, волноводы, микролазеры, суперпризмы, волноводные расщепители, резонаторы и т. п. Поскольку действие фотонных кристаллов можно в общих чертах сравнить с действием полупроводниковых кристаллов, то резонно предположить, что на смену электронике со временем придет фотоника, работающая «на свете».
Однако на этом пути имеется существенное препятствие: выяснилось, что как в объемных кристаллах, так и в пленках возникает множество дефектов структуры, главными из которых являются поликристалличность, двойники и микротрещины. Избежать их появления и получить высококачественные опаловые пленки, монокристаллические по всей плоскости подложки, оказалось трудной задачей. Но все-таки выполнимой. Опираясь на представления о нанокристаллизации, а не полагаясь на процесс «самосборки», в Новосибирске научились методом подвижного мениска выращивать монокристаллические фотонно-кристаллические пленки с минимумом дефектов, коэффициент отражения которых в фотонной запрещенной зоне достигает 90 %.
Проблема получения функциональных материалов на основе опаловых пленок сводится, в частности, к созданию в монокристаллической пленке не беспорядочных, а закономерно расположенных дефектов, которые приводят к появлению разрешенных состояний в фотонной запрещенной зоне. Одним из основных путей решения этой сложной задачи является нанокристаллизация так называемых оптических сверхрешеток, или гетероструктур.
Существует два варианта получения опаловых гетероструктур. В основе первого лежит совместная нанокристаллизация сферических частиц двух размеров, когда большие частицы оказываются закономерно распределенными среди мелких, которые также организованы в сложную структуру. Таким образом, одна регулярная структура оказывается как бы вложенной в другую. Кстати сказать, подобные плотно упакованные структуры из МСЧК двух размеров найдены и в природных опалах; принципиальная же возможность создания вложенных гетероструктур в лабораторных условиях уже доказана новосибирскими исследователями.
Второй вариант связан с нанесением опаловой пленки, состоящей из частиц одного размера на пленку из частиц другого размера. В результате ученым удалось получить как бинарные пакеты, демонстрирующие две фотонные запрещенные зоны, так и пакеты, состоящие из трех пленок. В последнем случае запрещенная зона сливается в одну, но при этом в ней появляется четыре разрешенных состояния.
Строго говоря, термин «гетероструктуры» корректно использовать только в применении к чередующимся слоям МСЧК различного размера с толщиной каждого слоя в 1—2 частицы. К пленкам же с толщиной в десятки слоев частиц он применим весьма условно, поскольку здесь, по сути, имеет место суперпозиция двух или трех независимых пленочных фотонных кристаллов. Истинные гетероструктуры с чередующимися слоями частиц путем нанокристаллизации в подвижном мениске получить невозможно.
Однако недавно новосибирским исследователям удалось создать принципиально новые (лиофильные) суспензии МСЧК в диметилсульфоксиде, которые открывают такие возможности. В этих суспензиях вокруг МСЧК отсутствуют диффузионные слои противоионов, а соприкосновению и слипанию частиц препятствуют оболочки из диметилсульфоксида, окружающие МСЧК. Благодаря этому в такие суспензии без риска коагуляции частиц могут быть введены другие коллоиды и вещества, что открывает широкие возможности получения фотонно-кристаллических материалов с новыми функциональными возможностями.
Укладка МСЧК в такие фотонно-кристаллические пленки происходит по механизму, отличающемуся от описанного выше. При этом качество получаемых опаловых пленок оказывается заметно лучше: коэффициент отражения в запрещенной зоне достигает у них 96 %, но главное заключается в том, что новые суспензии позволяют получать истинные гетероструктуры с чередованием слоев частиц двух размеров, а также вложенные гетероструктуры.
Результаты более чем тридцатилетней работы новосибирских исследователей по «опаловой тематике» являются наглядной иллюстрацией эволюции научных идей, дающих по мере своего последовательного развития все новые и новые технологические «плоды». Начав с создания технологии синтеза благородного опала как синтетического драгоценного камня для нужд ювелирной промышленности, ученые на основе теории нанокристаллизации пришли к решению задачи выращивания монокристаллических опаловых нанопленок. Последние, в свою очередь, являются основой для производства разнообразных фотонно-кристаллических материалов, что в недалеком будущем может стать одной из самых востребованных передовых технологий
1. Денискина Н. Д., Калинин Д. В., Казанцева Л. К. Благородные опалы. Природные и синтетические. — Новосибирск: Изд-во «Наука», 1987. — 183 с.
2. Сердобинцева В. В., Калинин Д. В. Механизм обратимого тиксотропного превращения в концентрированных суспензиях монодисперсных сферических частиц кремнезема с позиции образования и роста коллоидных частиц // Коллоидный журнал. — 2001. — Т. 65. — № 5. — С. 686—689.
3. Калинин Д. В., Плеханов А. И., Сердобинцева В. В., Шабанов В. Ф. Фотонные гетероструктуры на основе монокристаллических пленок опала // ДАН. — 2007. — Т. 413. — № 3. — С. 329—331.