合成亚历山大变石数十年的历程揭示了当代的研究需要


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图 1. 这些原石和刻面合成亚历山大变石由 Creative Crystals(创意晶体)公司生产,被显示在日光(蓝绿色,上图)和白炽灯光线(下图)下。 这些晶体生长在与 B 轴面(1、2)平行、与 r 棱柱(3、6)平行或与 l 双锥(4)平行的晶粒上;这颗重 13.49 克拉的刻面合成亚历山大变石的尺寸为 16.6 × 11.8 毫米 (5),生长在与 r 棱柱平行的晶粒上。 图片来源:《宝石学期刊》的K. Schmetzer(凯·斯齐末特尔)版权所有。
几十年来,大部分注意力都放在天然有色宝石(如祖母绿、红宝石和蓝宝石)的产源研究上,因为了解它们的产地对于估值具有重要意义。 合成有色宝石的每克拉价格与天然有色宝石并不相同,但能够明确生成技术以及厂家对珠宝消费者、研究人员或收藏者而言非常有价值。 例如,许多助熔剂法和水热法生产商可以采用焰熔法或Czochralski (柴可拉斯基)法更快速地生成优质的“高档合成材料”。

从 1971 年到 80 年代初,由 Creative Crystals(创意晶体公司)生产的合成亚历山大变石表现出真正的红绿色变(图 1),而最近 30 年内并未生产此类宝石,因而这些试样非常珍贵。 Karl Schmetzer(卡尔·斯齐末特尔)、Heinz-Jurgen Bernhardt( 海因茨 - 尤尔根·伯恩哈特)以及 Thomas Hainschwang(托马斯·汉斯齐宛格) 的最近一项研究(《宝石学期刊》2012 年第 33 卷第 1-4 期第 49–81 页刊登的关于Creative Crystals(创意晶体公司)的助熔剂法合成亚历山大变石的文章)非常详尽地介绍了公司的发展历程、籽晶的生成方式、晶体的生长方式,并且揭开了在这些特殊合成材料中观察到的显著生长分区的神秘面纱。

作者勤奋地收集了这种停产材料极具代表性的一组样本,并对现有文献进行了全面查阅,非常值得称道。 文章中讲述了一些关于生成亚历山大变石的不同晶粒成因和方向的趣闻轶事,论证了实际问题和研究型调查结果对生产及最终质量有何影响。 文章的一大亮点是由 Creative Crystals(创意晶体公司)前老板David Patterson(戴维·帕特森)娓娓讲述的故事,长达两页。

图2。 这种显微照片展示了 Creative Crystals (创意晶体公司)生成的刻面合成亚历山大变石中与浓重色彩分区相关联的层状生长分区:浸渍法,视野:5.3×4.0 毫米。 图片来源:《宝石学期刊》的K. Schmetzer(凯·斯齐末特尔)版权所有。
为了捕捉这些合成材料的独特性,作者进行了细致的微观研究。 已借助其他几种技术,包括 X 射线荧光光谱仪、电子显微探针以及紫外线穿过红外吸收光谱法,来描述相应的化学和光学分区、多向色性、吸收谱带和内含物。 作者绘制出生长参数和晶体特性之间的明显关联,如晶粒方向对形态产生的影响。 更为重要的是,他们将先前无法解释的内部生长纹(图 2)与多个生长周期联系起来,生长的晶体实际上已通过熔炉频频去除,以评估其进展。 同样, 20 世纪 30 年代,Farben(法本) 利用多生长周期生成合成祖母绿(Karl Schmetzer(卡尔·斯齐末特尔)、Lore Kiefert(卢尔·凯飞特),“合成祖母绿的颜色: 《宝石学期刊》1998 年第 26 卷第 3 期第 145-155 页发布的Farbenindustrie( 颜料工业股份)助溶剂法合成祖母绿”文章)。 然而,Creative Crystals(创意晶体公司)会在持续一周的周期中略微冷却熔体,而 Farben (法本)会在持续 20 天的周期内将熔体保持恒定的温度。  多年来已经不采用温度梯度法来生成合成亚历山大变石了(Karl Schmetzer(卡尔·斯齐末特尔)的个人心得)。 与来自俄罗斯的商业化生产熔融亚历山大变石的比较也说明了表征技术揭示生长过程细节的方式。

这片文章阅读起来并不轻松,共有 33 页,包含 46 个图以及 100 多张图像。 但对于晶体培育者或单纯热衷于了解更多宝石分析相关信息的人而言,这篇文章可充当一个窗口,以供了解晶体生长工程的流程以及试样特征通过何种方式揭示其成因。 已对其他合成材料进行了类似的研究。随着其他合成和更高级表征技术的兴起,对此类分析的需求与日俱增。

Jennifer Stone-Sundberg(珍妮佛·石-桑德博格)是 Crystal Solutions (晶体解决方案公司)的执行董事,擅长晶体生长和表征技术。 她是《宝石与宝石学》的技术编辑, 持有俄勒冈州立大学无机化学博士学位。