Strontsiumtitanaat

strontsiumtitanaat

Ostke looduslikud vääriskivid meie vääriskivipoest

Fabuliit (strontsiumtitanaat): unikaalne sünteetiline vääriskivi

Sünteetiline strontsiumtitanaat on põnev materjal, mis oli üks mitmest 1940. aastate lõpus ja 1950. aastate alguses välja töötatud titanaadist. Sellesse rühma kuulusid ka baariumtitanaat ja kaltsiumtitanaat.

Ajalugu ja areng

Uurimistööd tehti suures osas Ameerika Ühendriikides ettevõttes National Lead Company (hilisema nimega NL Industries), peamiselt Leon Merkeri ja Langtry E. Lyndi juhtimisel. 10. veebruaril 1953 patenteerisid Merker ja Lynd esialgse kasvatamisprotsessi ning järgmise nelja aasta jooksul patenteerisid nad mitmeid muudatusi, sealhulgas lähtepulbri kohandamist ja värvivate lisandite kasutamist.

Kasvuprotsess

Eelistatud meetod sünteetilise strontsiumtitanaadi kasvatamiseks on Verneuil' meetodi variatsioon, mida tuntakse ka leekfusioonimeetodina. Selleks kasvatamiseks kasutatakse tagurpidi pööratud hapniku-vesiniku põletit, mille kaudu juhitakse sisse hapnikuga segatud lähtepulber. Protsessi täiustatakse kolmanda toru lisamisega, mis annab juurde täiendavat hapnikku, moodustades niinimetatud kolmekoonuselise põleti.

Hapniku tähtsus

Lisahapniku juhtimine on strontsiumtitanaadi edukaks sünteesiks ülioluline, kuna see tagab titaanikomponendi täieliku oksüdeerumise. Vajalik suhe on ligikaudu 1,5 mahuosa vesinikku iga mahuosa hapniku kohta.

Lähtepulbri ettevalmistamine

Selles protsessis kasutatav lähtepulber toodetakse esmalt titaani kaksikoksalaatsoola (SrTiO(C2O4)2·2H2O) loomise teel, pannes strontsiumkloriidi (SrCl2) ja oblikhappe ((COOH)2·2H2O) reageerima titaantetrakloriidiga (TiCl4). Pärast pesemist kloriidi eemaldamiseks kuumutatakse materjali temperatuurini 1000°C, et saada vabalt voolav teraline pulber, mis seejärel jahvatatakse ja sõelutakse, et saavutada osakeste suurus vahemikus 0,2 kuni 0,5 mikromeetrit.

Kristallide kasv

Kui lähteainepulber on ette valmistatud, lastakse see ettevaatlikult läbi vesinik-hapnikleegi, kus see sulab ja langeb all olevale pöörlevale ning aeglaselt laskuvale alusele. Aluse kõrgust reguleeritakse pidevalt, et hoida selle ülemist osa leegi all ideaalses asendis. Mõne tunni pärast sula pulber jahtub ja kristalliseerub ühtseks birniks – ainulaadse varrega pirnikujuliseks kristalliks.

Lõõmutusprotsess

Selle sünteetilise kristallipirni läbimõõt on tavaliselt kuni 2,5 sentimeetrit ja pikkus 10 sentimeetrit ning alguses paistab see läbipaistmatu ja mustana. Et muuta kristall värvituks ja leevendada sisepingeid, kuumutatakse seda oksüdeerivas keskkonnas üle 1000 °C temperatuuril veel 12 tundi.

Õhukeste kilede kasvatamise meetodid

Lisaks kristalli kasvatamisele saab strontsiumtitanaadi (SrTiO3) õhukesi kilesid luua mitmesuguste täiustatud tehnikate abil, nagu impulsslasersadestus, molekulaarkimpepitaksia, RF-pihustamine ja aatomkihtsadestus. Iga meetod annab tulemuseks õhukesed kiled, millel on erinev kristallilisuse kvaliteet, defektide tihedus ja lisandite sisaldus. Need variatsioonid mõjutavad oluliselt materjali elektroonilisi ja optilisi omadusi, muutes selle mitmekülgseks aineks arvukates tehnoloogilistes rakendustes.

Strontsiumtitanaat vs. teemant: ülim teemandi imitatsioon?

Oma kuubilise kristallstruktuuri ja kõrge dispersiooni tõttu peeti sünteetilist strontsiumtitanaati esialgu suurepäraseks teemandi imitatsiooniks. Alates ligikaudu 1955. aastast toodeti suures koguses strontsiumtitanaati spetsiaalselt teemantide imiteerimiseks.

Võrdlus sünteetilise rutiiliga

Tol ajal konkureeris strontsiumtitanaat sünteetilise rutiiliga (üldtuntud kui "titaania"), kusjuures strontsiumtitanaadi peamiseks eeliseks oli rutiilile iseloomuliku kollaka varjundi ja tugeva kaksikmurdumise puudumine. Kuigi strontsiumtitanaat oli teemandist pehmem, sarnanes see optiliselt teemandiga märksa enam, muutes selle ehete jaoks atraktiivseks alternatiiviks.

Uute imitatsioonide esilekerkimine

Lõpuks tõrjusid uuemad teemandi imitatsioonid – esmalt ütrium-alumiiniumgranaat (YAG) ja hiljem gadoliinium-galliumgranaat (GGG) – nii strontsiumtitanaadi kui ka sünteetilise rutiili kõrvale. Fianiidi (kuubilise tsirkooniumdioksiidi) ilmumine teemandi imitatsioonina tähistas aga murdepunkti, kuna see sarnanes teemandiga veelgi enam ja oli kulutõhusam, saades kiiresti valdkonna standardiks.

Kaasaegne kasutus ja kogumisväärtus

Kuigi uuemad materjalid on selle suures osas välja tõrjunud, toodetakse strontsiumtitanaati endiselt ja seda leidub ka tänapäeval aeg-ajalt ehetes. See on jätkuvalt üks kalleimaid teemandi imitatsioone ning kollektsionäärid võivad üle 2-karaadiste (400 mg) eksemplaride eest maksta kõrgemat hinda. Imitatsioonina võib strontsiumtitanaat olla eriti petlik, kui see on segatud peenlihviga kivide sekka (st kivid, mis on väiksemad kui 0,20 karaati ehk 40 mg) või kui seda kasutatakse liitkivi ehk dubleti alusmaterjalina, mille krooni ehk ülemise kihina on kasutatud mõnda muud materjali, näiteks sünteetilist korundi.

Tuvastamismeetodid

Mikroskoopilisel uurimisel saavad gemmoloogid strontsiumtitanaati teemandist eristada mitme tunnuse põhjal. Strontsiumtitanaadi suhteline pehmus avaldub sageli pinnahõõrdumistena ning selle liigset dispersiooni tunneb kogenud silm kergesti ära. Lisaks on kindlaks märgiks sünteesiprotsessi jäägid, näiteks üksikud gaasimullid. Dublette saab tuvastada ka kivi „taljeks” oleva rundisti juures nähtava ühendusjoone järgi või märgates liitekohas lapikuid õhumulle või kasutatud liimi.

Strontsiumtitanaat

Strontsiumtitanaadi kõvadus Mohsi skaalal

Strontsiumtitanaadi kõvadus Mohsi skaalal on 5 kuni 6, mis teeb selle oluliselt pehmemaks kui teemant, mille kõvadus on 10.

Tähendus ehete puhul

See omadus muudab strontsiumtitanaadi kriimustuste ja hõõrdumise suhtes vastuvõtlikuks, mis tähendab, et see nõuab hoolikat käsitsemist – eriti siis, kui seda kasutatakse regulaarselt kantavates ehetes. Selle pehmus koos pimestavate optiliste omadustega teeb strontsiumtitanaadist huvitava valiku kollektsionääridele ning neile, kes hindavad ainulaadseid ja vanaaegseid vääriskivide alternatiive.

Ajalooline tähtsus

Kuigi strontsiumtitanaat ei ole enam peamine valik teemandi imitatsioonide seas, annavad selle ajalugu, optilised omadused ja haruldus sellele erilise koha vääriskivide maailmas. See on kaunis näide 20. sajandi keskpaiga teaduslikust leidlikkusest, mille pimestav sära ja elav dispersioon kütkestavad jätkuvalt kõiki, kellel on õnne sellega kokku puutuda.

Korduma kippuvad küsimused (KKK)

1. Milleks strontsiumtitanaati kasutatakse?

Strontsiumtitanaati kasutatakse peamiselt teemandi imitatsioonina ehetes, eriti 20. sajandi keskpaigas. Tänu oma optilistele ja elektroonilistele omadustele on seda kasutatud ka mitmesugustes tehnoloogilistes rakendustes, näiteks õhukeste kiledena teadus- ja arendustegevuses.

2. Kuidas erineb strontsiumtitanaat teemandist?

Strontsiumtitanaat erineb teemandist mitmel viisil, sealhulgas oma madalama kõvaduse (Mohsi skaalal 5–6 võrreldes teemandi 10-ga) ja suurema dispersiooni poolest, mis annab sellele iseloomuliku tule. Samuti on see sünteetiline materjal, samas kui teemandid on loodusliku päritoluga.

3. Kas strontsiumtitanaati kasutatakse ehetes ka tänapäeval?

Kuigi selle on suures osas välja vahetanud teised teemandi imitatsioonid, nagu fianiit (kuubiline tsirkooniumdioksiid), kasutatakse strontsiumtitanaati tänapäevalgi aeg-ajalt ehetes. See on endiselt populaarne kollektsionääride ja nende seas, kes hindavad vanaaegseid ning ainulaadseid vääriskive.

4. Kuidas saavad gemmoloogid strontsiumtitanaati tuvastada?

Gemmoloogid saavad strontsiumtitanaati tuvastada selle pehmuse, pinnakriimustuste, suure dispersiooni ja sünteesiprotsessist tekkinud gaasimullide olemasolu järgi. Lisaks saab dublette tuvastada liitejoonte või ühenduskohtades asuvate mullide järgi.

5. Millised on strontsiumtitanaadi õhukeste kilede kasvatamise meetodid?

Strontsiumtitanaadi õhukesi kilesid saab kasvatada erinevate meetoditega, sealhulgas impulsslasersadestuse, molekulaarkimbu epitaksia, raadiosagedusliku pihustamise ja aatomkihtsadestuse abil. Need meetodid mõjutavad materjali kristallilist kvaliteeti ja omadusi, muutes selle sobivaks erinevateks tehnoloogilisteks rakendusteks.