Strontiumtitanaat

strontiumtitanaat

Koop natuurlijke edelstenen in onze edelstenenwinkel

Fabulite Strontiumtitanaat: een unieke synthetische edelsteen

Synthetisch strontiumtitanaat is een fascinerend materiaal dat een van de verschillende titanaten was die eind jaren 1940 en begin jaren 1950 werden ontwikkeld. Het behoorde tot een groep waartoe ook bariumtitanaat en calciumtitanaat behoorden.

Geschiedenis en ontwikkeling

Onderzoeksinspanningen werden grotendeels uitgevoerd bij de National Lead Company (later bekend als NL Industries) in de Verenigde Staten, voornamelijk onder leiding van Leon Merker en Langtry E. Lynd. Op 10 februari 1953 patenteerden Merker en Lynd het eerste groeiproces, en gedurende de vier jaar daarna patenteerden ze verschillende aanpassingen, waaronder wijzigingen aan het voedingspoeder en het gebruik van kleurdoteermiddelen.

Groeiproces

De voorkeursmethode voor het kweken van synthetisch strontiumtitanaat is een variatie op het Verneuil-proces, ook wel bekend als het vlamfusieproces. Voor deze kweek wordt een omgekeerde knalgasbrander gebruikt, waarbij voedingspoeder gemengd met zuurstof door de brander wordt gevoerd. Dit proces wordt verder verbeterd door een derde buis toe te voegen die extra zuurstof levert, wat resulteert in een zogenaamde tricone-brander.

Belang van zuurstof

Het toevoegen van extra zuurstof is cruciaal voor de succesvolle synthese van strontiumtitanaat, omdat dit zorgt voor de volledige oxidatie van de titaniumcomponent. De vereiste verhouding is ongeveer 1,5 volume waterstof per volume zuurstof.

Voorbereiding van het voedingspoeder

Het uitgangspoeder dat bij dit proces wordt gebruikt, wordt geproduceerd door eerst titanyldubbeloxalaatzout (SrTiO(C2O4)2·2H2O) te vormen door strontiumchloride (SrCl2) en oxaalzuur ((COOH)2·2H2O) te laten reageren met titaantetrachloride (TiCl4). Na het wassen om chloride te verwijderen, wordt het materiaal verhit tot 1000°C om een vrijstromend korrelig poeder te produceren, dat vervolgens wordt vermalen en gezeefd om deeltjesgroottes tussen 0,2 en 0,5 micrometer te verkrijgen.

Kristalgroei

Zodra het voedingspoeder is bereid, wordt het voorzichtig door de knalgasvlam geleid, waar het smelt en neerkomt op een roterend en langzaam dalend voetstuk eronder. De hoogte van het voetstuk wordt voortdurend aangepast om de bovenkant in de ideale positie onder de vlam te houden. Na enkele uren koelt het gesmolten poeder af en kristalliseert het uit tot één enkel boulekristal met een unieke, gesteelde peervorm.

Uitgloeiproces

Deze boule heeft doorgaans een diameter tot 2,5 centimeter en een lengte van 10 centimeter, en ziet er aanvankelijk ondoorzichtig zwart uit. Om hem kleurloos te maken en eventuele interne spanning op te heffen, ondergaat de boule gedurende 12 uur een verdere uitgloeiing in een oxiderende atmosfeer bij temperaturen boven 1000°C.

Groeitechnieken voor dunne films

Naast de kristalgroei kunnen dunne lagen strontiumtitanaat (SrTiO3) worden gecreëerd met behulp van verschillende geavanceerde technieken, zoals gepulste laserdepositie (PLD), moleculaire bundelepitaxie (MBE), RF-sputteren en atoomlaagdepositie (ALD). Elke methode resulteert in dunne lagen met een verschillend niveau van kristallijne kwaliteit, defectdichtheden en gehalte aan onzuiverheden. Deze variaties hebben een aanzienlijke invloed op de elektronische en optische eigenschappen van het materiaal, waardoor het een veelzijdige stof is voor talloze technologische toepassingen.

Strontiumtitanaat vs. Diamant: De Ultieme Diamantsimulant?

Vanwege de kubische kristalstructuur en hoge dispersie werd synthetisch strontiumtitanaat aanvankelijk beschouwd als een uitstekende diamantsimulant. Vanaf ongeveer 1955 werden er grote hoeveelheden strontiumtitanaat geproduceerd, specifiek om diamanten te imiteren.

Vergelijking met synthetische rutiel

In die tijd concurreerde strontiumtitanaat met synthetisch rutiel (algemeen bekend als "titania"), waarbij het belangrijkste voordeel van strontiumtitanaat was dat het de gelige tint en sterke dubbelbreking miste die kenmerkend zijn voor rutiel. Hoewel strontiumtitanaat zachter was dan diamant, vertoonde het een superieure optische gelijkenis met diamant, wat het tot een aantrekkelijk alternatief voor sieraden maakte.

Opkomst van nieuwe imitatiestenen

Uiteindelijk werden zowel strontiumtitanaat als synthetisch rutiel echter voorbijgestreefd door nieuwere diamantsimulanten, eerst door yttrium-aluminium-granaat (YAG) en later door gadolinium-gallium-granaat (GGG). De opkomst van zirkonia als diamantsimulant markeerde een keerpunt, omdat het nog meer op diamant leek en kosteneffectiever was, waardoor het al snel de industriestandaard werd.

Modern gebruik en verzamelwaarde

Hoewel strontiumtitanaat grotendeels is verdrongen door nieuwere materialen, wordt het nog steeds geproduceerd en wordt het tegenwoordig nog weleens in sieraden aangetroffen. Het blijft een van de duurste diamantsimulanten en verzamelaars betalen soms een meerprijs voor grotere exemplaren van meer dan 2 karaat (400 mg). Als simulant kan strontiumtitanaat bijzonder misleidend zijn wanneer het wordt gemengd met mêlee (d.w.z. stenen kleiner dan 0,20 karaat of 40 mg) of wanneer het wordt gebruikt als basismateriaal voor een samengestelde steen of doublet, met een ander materiaal zoals synthetisch korund als kroon of bovenste laag.

Identificatietechnieken

Bij microscopisch onderzoek kunnen gemmologen strontiumtitanaat op basis van verschillende kenmerken onderscheiden van diamant. De relatieve zachtheid van strontiumtitanaat is vaak zichtbaar door oppervlakteslijtage, en de overmatige dispersie wordt door een geoefend oog herkend. Bovendien zijn restanten van het syntheseproces, zoals incidentele gasbellen, een duidelijk teken. Doubletten kunnen ook worden geïdentificeerd door een verbindingslijn waar te nemen bij de rondist, de "taille" van de steen, of door afgeplatte luchtbellen of lijm op het hechtpunt te detecteren.

Strontiumtitanaat

Strontiumtitanaat Hardheid volgens Mohs

Strontiumtitanaat heeft een hardheid volgens Mohs van 5 tot 6, waardoor het aanzienlijk zachter is dan diamant, dat een hardheid van 10 heeft.

Gevolgen voor sieraden

Deze eigenschap maakt strontiumtitanaat gevoelig voor krassen en slijtage, wat betekent dat het een voorzichtige behandeling vereist, vooral wanneer het gezet is in sieraden die regelmatig worden gedragen. Zijn zachtheid, gecombineerd met zijn schitterende optische eigenschappen, maakt strontiumtitanaat een interessante keuze voor verzamelaars en liefhebbers van unieke en vintage alternatieven voor een edelsteen.

Historische betekenis

Hoewel strontiumtitanaat niet langer een gangbare keuze is voor diamantsimulanten, geven zijn geschiedenis, optische eigenschappen en zeldzaamheid het een speciale plaats in de wereld van edelstenen. Het is een prachtig voorbeeld van wetenschappelijke vindingrijkheid uit het midden van de 20e eeuw, waarbij zijn schitterende glans en levendige dispersie degenen die het geluk hebben het tegen te komen, blijven betoveren.

Veelgestelde vragen (FAQ)

1. Waarvoor wordt strontiumtitanaat gebruikt?

Strontiumtitanaat wordt voornamelijk gebruikt als diamantsimulant in sieraden, met name halverwege de 20e eeuw. Vanwege de optische en elektronische eigenschappen is het ook toegepast in verschillende technologische ontwikkelingen, zoals in dunne films voor onderzoek en ontwikkeling.

2. Waarin verschilt strontiumtitanaat van diamant?

Strontiumtitanaat verschilt op verschillende manieren van diamant, waaronder een lagere hardheid (Mohs 5-6 vergeleken met 10 bij diamant) en een hogere dispersie, wat het een opvallend vuur geeft. Het is ook een synthetisch materiaal, terwijl diamanten van nature voorkomen.

3. Wordt strontiumtitanaat tegenwoordig nog steeds gebruikt in sieraden?

Hoewel het grotendeels is vervangen door andere diamantsimulanten zoals zirkonia, wordt strontiumtitanaat vandaag de dag nog af en toe gebruikt in sieraden. Het blijft populair onder verzamelaars en liefhebbers van vintage en unieke edelstenen.

4. Hoe kunnen gemmologen strontiumtitanaat identificeren?

Gemmologen kunnen strontiumtitanaat identificeren aan de hand van de zachtheid, oppervlakteslijtage, hoge dispersie en de aanwezigheid van gasbellen uit het syntheseproces. Bovendien kunnen doubletten worden herkend aan scheidingslijnen of belletjes op de hechtpunten.

5. Wat zijn de groeimethoden voor dunne films van strontiumtitanaat?

Dunne films van strontiumtitanaat kunnen met verschillende technieken worden gekweekt, waaronder gepulseerde laserdepositie, moleculaire bundel-epitaxie, RF-sputteren en atoomlaagdepositie. Deze methoden beïnvloeden de kristallijne kwaliteit en eigenschappen van het materiaal, waardoor het geschikt is voor uiteenlopende technologische toepassingen.