베릴륨확산 처리된 마다카스카르산 사파이어의 분광특성 연구

Abstract

사파이어는 자연상태에서 산출될 때 그 색상은 매우 다양하다. 보석용 상품으로 취급될 수 있는 것은 산지에서 약 10% 내외에 불과하다. 이렇게 가치가 떨어지는 사파이어는 과거부터 현재에 이르기까지 일반적으로 열처리를 통하여 색을 향상시킨다. 본 연구에서는 다양한 색상의 마다가스카르(Madagascar)산 사파이어 원석을 실험시료로 사용하여 내포물, 화학성분, 분광학적 특성 등을 연구하고, 공기 중 산화분위기에서 1650℃에서 50시간 동안 직접 베릴륨 확산처리를 실시하여 색상을 변화시켜 베릴륨 확산처리 전과 후의 분광학적 특성을 비교 분석하여 그 색상변화의 원인을 연구하였다. 본 연구의 시료로 사용된 아프리카 마다가스카르산 사파이어의 일반 보석학적 특징은 다른 산지의 사파이어와 유사한 결과를 보였다. 베릴륨 확산처리 후 메틸렌아이오다이드 용액에서 관찰한 결과 시료의 중앙자리에서 가장자리로 갈수록 색상의 변화가 집중되는 현상을 보였으며 일반적으로 청색이 감소하는 현상을 보였으나 미량원소의 종류와 양에 따라 거의 무색으로 또는 핑크색 그리고 황색으로 변화하였다. 청색 색상의 감소는 청색을 발색시키는 Fe2+/Ti4+쌍에 의한 전하이동전이의 감소에 의한 것으로 처리과정에서 Fe2+가 Fe3+로 산화된 경우와 Be2+가 격자 내부로 확산되면서 Fe2+/Ti4+쌍에 의한 전하이동전이가 Be2+/Ti4+쌍에 의한 전하이동으로 전환된 경우에서 일어났다. 그리고 핑크색 발색은 시료 내 Cr3+를 미량성분으로 가지고 있을 때 나타났으며 청색 감소 원인에 의해 청색이 무색으로 변하면서 오직 Cr3+에 의해서만 발색이 이루어질 때 일어났다. 황색 발색은 시료 내 청색 발색의 원인인 Fe2+/Ti4+쌍에 의한 전하이동전이가 적은 부분에서 부분적으로 나타났으며 처리과정에서 Be2+가 Fe2+/Ti4+쌍의 함량을 초과하여 단독으로 존재하게 된 Be2+이 정공과 쌍을 이루면서 황색을 발색하는 것으로 사료된다. 확산 처리 후 전체적인 내포물의 변화는 색대와 침상 내포물은 소멸되는 현상을 보였으며 액상 내포물과 프렉쳐는 변화가 없었다.