В Казанском федеральном университете выстроена полная технологическая цепочка работы с сапфирами: от синтеза кристаллов и модификации их окраски – до экспертной диагностики и подготовки специалистов.

Вместе с геммологом, доцентом кафедры минералогии и литологии Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ Анатолием Николаевым попытаемся разобраться, в чем отличие природного корунда (сапфир – его разновидность) от синтетического, который активно используют не только на Земле, но и в космосе.

«Искусственный бесцветный сапфир, выращиваемый в лабораторных условиях, по своему химическому составу и основным физическим свойствам (твердость, плотность, показатель преломления) идентичен природному, – начал разговор ученый. – Различить их можно по внутренней структуре: природные камни почти всегда содержат характерные включения (мелкие кристаллы, „шелк“ из игл рутила, зоны роста – следы того, как кристалл формировался в течение сотен или тысяч лет в земной коре), тогда как синтетические часто безупречно чисты или имеют специфические для метода выращивания признаки, например, изогнутые линии роста или газовые пузырьки».

Подделки на рынке драгоценных камней, особенно таких дорогих как сапфиры, – явление распространенное.

«В домашних условиях выявить грубую подделку (например, стекло) можно по наличию пузырьков воздуха внутри камня или по тому, что он медленнее нагревается в руке. Однако точную диагностику может провести только специалист, используя определенное оборудование», – подчеркнул А. Николаев.

Чтобы отличить природный камень от синтетического, в геммологической лаборатории КФУ используют целый комплекс методов: оптическую микроскопию (в том числе иммерсионную) – для изучения внутренних включений и зон роста; абсорбционную оптическую спектроскопию – для анализа кристаллохимических особенностей; спектрометрию – EDXRF и LA‑ICP‑MS – для определения концентраций и типов микроэлементов.

«Для ювелира эталон – кашмирский сапфир насыщенного васильково-синего цвета. Легендарный бархатистый оттенок и исключительная редкость делают такие камни коллекционными. Для ученого ценность сапфира определяется не цветом, а чистотой и структурным совершенством кристалла. Идеально чистые и крупные синтетические сапфиры представляют наибольший интерес для оптики, лазерной техники и микроэлектроники», – пояснил геммолог.  

Как и природные, искусственно выращенные сапфиры обладают набором уникальных свойств: высокой прозрачностью в широком диапазоне длин волн, химической инертностью и устойчивостью к высоким температурам (до 1900 градусов Цельсия) и радиации, а также невероятной твердостью (уступают только алмазу).

«Синтетические корунды – это не просто аналоги драгоценных камней, а стратегические материалы для высокотехнологичных отраслей промышленности, – констатировал исследователь. – Их востребованность объясняется уникальным сочетанием физических свойств, которые редко встречаются в одном материале. В оптике и лазерной технике сапфир используют как основу для линз, призм, световодов и элементов твердотельных лазеров, дающих синий, зеленый и белый свет, в том числе микролазеров. Этот кристалл стабильно работает при высоких нагрузках и не деградирует под излучением. В микроэлектронике сапфировые подложки позволяют выращивать эпитаксиальные слои кремния и нитрида галлия (GaN) – это критически важно для создания радиационно‑стойких микросхем для атомной энергетики и космической техники. В оптоэлектронике корундовые подложки используются для производства светоизлучающих диодов высокой яркости, экранов сотовых телефонов, дисплеев ноутбуков. Кроме того, пластины из искусственного сапфира применяются в бронежилетах, из них делают „нецарапаемые“ стекла для часов и хирургические скальпели».

В КФУ был осуществлен ряд экспериментов на бледноокрашенных сапфирах, в результате которых удалось усилить исходный голубой цвет камня, а также получить желтую окраску, сообщил Анатолий Николаев.

«Облагораживание – это термообработка или облучение, которое изменяет окраску камня, затрагивая весь его объем или поверхностный слой, – объяснил доцент ИГиНГТ. – Такие изменения обычно устойчивы во времени. Облагороженные камни используются в основном в ювелирных целях, но методы обработки кристаллов могут применяться и для изменения свойств технических сапфиров – например, для управления спектром пропускания».

При частичной или полной перепечатке материала, а также цитировании необходимо ссылаться на пресс-службу КФУ.

Присоединяйтесь к каналу КФУ в MAX.