질소 이온빔 조사후의 천연 사파이어의 색 향상

Abstract

커런덤에 있어서 현재까지 가장 보편적으로 사용되고 있는 처리법은 열처리 기술이다. 열처리는 색과 투명도를 향상시킨다. 예를 들어 뿌연 화이트 사파이어를 열처리하면 블루 사파이어로 변하고 내부에 있던 크랙은 치유된다. 그런데 시간이 흐르면서 사파이어가 존재하던 광산이 고갈되어감에 따라 열처리보다 더 진보된 기술이 필요하게 되었다.[1] 사파이어는 전이 금속간의 양전하가 전하전이 현상을 일으키며 푸른색을 발현한다. 주로 Fe2+와 Ti4+간의 전하전이 현상으로 발생한다.[2] 그린색은 미량 원소로 인해 발생하는데 Fe이 Fe3+로 이온화 되면 옐로우가 발생되고 블루와 혼합되면서 그린색을 발색하게 된다.[3] 이온빔 주입은 이러한 미량원소의 산화상태에 변화를 일으킨다. 그린색을 띠고 있는 블루 사파이어에 질소 이온을 주입하게 되면 그린색이 사라지고 파란색을 띠는 블루 사파이어가 된다.[1] 이러한 색의 개선은 보석의 질과 가치를 증진시킨다. 요즘 이온빔 주입으로 인한 보석의 분광학적 변화가 연구되고 있다. 이번 연구에서 3개 지역의 5개의 스톤을 시료로 준비하였다. 시료들은 Varian VIIsta 80으로 이온 주입하였다. 이온 주입후 UV-VIS-NIR과 FTIR로 측정한 결과 Fe3+의 피크는 줄어들고 Fe2+의 피크는 늘어났다. 변화를 측정하기 위해서 EPR을 이온빔 처리 전후에 측정하였다. 이온빔 처리후 팔면체에 존재하는 Fe3+를 나타내는 g~2.02의 값이 미세하게 줄어들었다.