 拓帕石是少數在市場上受觀迎但卻還未有合成品上市的寶石之一,不容置疑的是拓帕石在珠寶用途上的供給是足夠的,而它具有的物理特性很少可應用於工業上,除此之外要以一般的水熱法來製作合成拓帕石亦較困難,但無論如何在2000年初合成拓帕石已在俄國的礦物實驗學院Institute of Experimental Mineralogy成功製出,這些樣本經過一些研究以便對其結晶形態、顏色的形成及天然拓帕石晶體的結構能夠更深入的了解,以下是關於其生長方法,實驗環境和寶石學特性的報導。 合成拓帕石晶體的成長是在攝氏500℃~800℃,壓力則為20~200MPa,再放置於鉻鎳合金的壓力鍋中,水中則加入氟化鋁(AlF3)作為溶劑,經測試合成製程後的液體,其PH值為1~2的酸性,壓碎的石英與拓帕石原料置於壓力鍋的上方區域,在上下兩端溫度相差20℃~100℃之間,經過20~30天的合成作用,即可完成合成拓帕石的製作。 此製程所形成的合成拓帕石晶體常為淺灰至接近無色,大小範圍為厚2.5mm~4mm,長20.1mm~40.8mm,寬則為8mm~15mm,重量可達20公克以上。約有一半含有種晶片,其成長率會因結晶方向,或晶體特性或是成長的情況有所不同。 對於合成拓帕石亦使用加熱及輻射的方式來改變它們的體色,就如同天然的拓帕石的反應一般,這些合成拓帕石的顏色會由淺灰或接近無色的情況,經由γ射線的高能量變成褐色,並在經熱處理之後,變成了藍色,而變成褐色的合成拓帕石其顏色的穩定度尚未經過研究。在其中的一顆合成晶體中可見到一窄帶的紅紫色區域沿著種晶片分佈,其顏色的形成,應是來自壓力鍋的內壁在晶體的形成過程中受損,而成為合成拓帕石的不純物質-鉻,在晶體的成長時介入原子結構而形成的顏色。
這些合成拓帕石的晶體形態與天然相同,而在晶體的表面有一些像小土堆般的隆起,並且在其頂端均有一小黑點,可能是由雜質所導致,當這些小土堆狀的形體愈大,晶體的表面愈不完整。這兩顆合成拓帕石的折光率由1.610到1.620,這與典型的火成作用偉晶花崗岩的拓帕石折光率相較之下稍低,以靜水秤重法測得其比重為3.57,其中仍包含了原來的種晶片及用來懸垂種晶片所用的不鏽鋼絲,其比重較含少量氫氧的拓帕石稍重,此外,尚可見到一些二相式的內含物及裂紋,且這些二相式的內含物通常都分佈在種晶片的邊緣,且沿著生長方向拉長。以紅外線光譜與拉曼光譜測試這兩顆合成拓帕石晶體,發現與天然的非常相似,以EDXRF分析其化學組成,偵測到有微量的鐵、鎳和鍺元素。 雖然合成拓帕石的基本技術已然發展出來,但要成為商業化的寶石仍須更深入的探討,實驗室的科學家們正在研究將晶體生長更優質化,並設法找出形成粉紅色與黃橙色合成拓帕石的方法。
|