전자빔 조사에 의한 지르콘의 분광학적 특성분석

Abstract

Zircon는 Zr와 Si를 포함한 광물로, 유색 중 경도가 커런덤과 유사하여 현재 활발히 연구가 진행 중이다. 일반적으로 산출되는 보통 zircon은 색상을 아름답게 하기 위해 처리법을 적용하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 캄보디아산 지르콘 시료를 대상으로 전자빔(electron-beam irradiation)의 전과 후의 특성 변화를 관찰하였다.이 결과를 통해서 전자빔이 지르콘 컬러 변화와 결정내부에 미치는 영향에 대해서 논의해보고자 하였다. 지르콘은 6가지 그룹(Colorless, pale blue, dark yellow, pale brown, reddish brown, red)으로 구분해서 전자빔 조사를 하였다. 전자빔 조사는 2ⅹ1017 e/cm2 의 조건에서 10 MeV의 에너지에서 1시간동안 수행하였다. 천연 zircon을 전자빔 조사 전과 후의 변화를 자외선-가시광선 (UV-Vis-NIR), 퓨리에 변환 적외선 (FT-IR)을 통해 분광학적 특성을 비교 분석하였고, 색상 원인이 되는 성분 분석을 하기 위해 파장 분산형 X-선 형광 분광기 (WD-XRF) 사용하였다. WD-XRF 분석 결과 brown color와 연관 되는 Y은 짙은 brown으로 갈수록 높은 수치로 검출되었다. UV-Vis 분광분석에서 colorless 지르콘은 전자빔 조사 후 약간 옅은 brown color 변하였지만 전체적으로 흡수 peak이 낮아졌을뿐 큰 변화는 보이지 않 았다. pale blue 지르콘의 경우 전자빔 조사 후 brown color로 변했으며, 청색과 관련 있는 650 nm에서 흡수 peak이 관찰되었으며 전자빔 조사 후 650 nm 흡수 peak은 감소, brown color와 관련 있는 500 nm 흡수 peak을 나타났다. 이 두 가지 color zircon의 색 변화는 전자빔 조사에 의해 전자가 이탈되어 생긴 칼라 센터 때문이라는 것을 알 수 있었다. 그 외 dark yellow, pale brown, reddish brown, red 지르콘들은 전자빔 조사 후 380, 500 nm 부근 에 강한 흡수 peak이 관찰되었고 이들은 농도가 짙어질 뿐 전체적인 색상 변화는 없었다. FT-IR 분광분석의 결과 모든 color의 zircon에서는 [SiO4]4- 내부 진동의 3-포논 조합 모드 피크와 관련 있는 3100-3400 cm-1 그리고 U peak와 관련 있는 6668 cm-1 영역은 전자빔 조사 후 각각의 영역 peak은 큰 변화를 보였다