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표제지
요지
목차
Ⅰ. 서론 11
Ⅱ. 이론적 배경 13
Ⅱ-1. 강옥의 결정형태 13
Ⅱ-2. 강옥의 결정구조 13
Ⅱ-3. 강옥의 발색원인 17
1) Cr³+(이미지참조) 17
2) Fe³+(이미지참조) 19
3) Fe²+/Fe³+(이미지참조) 19
4) Fe²+/Ti⁴+(이미지참조) 20
Ⅲ. 실험 24
Ⅲ-1. 시료준비 24
Ⅲ-2. 실험순서 27
Ⅲ-3. 실험방법 28
Ⅲ-3-1. 일반 보석학적 관찰 28
Ⅲ-3-2. 화학성분 분석 28
Ⅲ-3-3. 분광 분석 29
Ⅲ-3-4. 베릴륨 확산처리 방법 29
Ⅳ. 결과 및 고찰 32
Ⅳ-1. 베릴륨 확산처리 전 결과 및 고찰 32
Ⅳ-1-1. 일반 보석학적 관찰 32
Ⅳ-1-2. WD-XRF 분석 37
Ⅳ-1-3. UV-VIS 분광분석 39
Ⅳ-2. 베릴륨 확산처리 후 결과 및 고찰 43
Ⅳ-2-1. 내포물 관찰 43
Ⅳ-2-2. 침액 관찰 46
Ⅳ-2-3. ICP-MS 분석 46
Ⅳ-2-4. 외관 및 UV VIS 분광분석 48
Ⅴ. 결론 57
Ⅵ. 참고문헌 59
ABSTRACT 61
Table 1. Physical properties of blue sapphires from Madagascar. 34
Table 2. Chemical concentration of sapphires from Madagascar analyzed by WD-XRF (S-1~S-5). 38
Figure 1. Crystal habit of natural sapphires 15
Figure 2. A polyhedral model of the corundum crystal structure 16
Figure 3. Spliting of d orbitals of transition metal ion in octahedral crystalline field created by ligand ions X-(이미지참조) 21
Figure 4. Color in a ruby; (a) term diagram of Cr³+ in a distorted octahedral ligand field, (b) energy levels and transitions in ruby and (c) absorption spectrum and fluorescence of ruby 22
Figure 5. Two adjacent octahedral sites containing Fe²+ and Ti⁴+ in blue sapphire(left), Transition from the ground state to the excited state in blue sapphire(right)(이미지참조) 23
Figure 6. Location of Madagascar in reconstruction of the Late Proterozoic Gondwana 25
Figure 7. A photograph of Madagascar sapphires used as starting materials 26
Figure 8. The heating history of Sapphires from Madagascar 31
Figure 9. Fractures in Madagascar sapphires(S-2, x40) 35
Figure 10. Fluid inclusions like Healing fissures (S-3, x40) 35
Figure 11. Color band zoning in Madagascar sapphire(S-4, x40) 36
Figure 12. Needle like inclusion of Madagascar sapphire(S-5, x40) 36
Figure 13. UV-Vis absorption spectrum of Madagascar sapphire(S-1) 40
Figure 14. UV-Vis absorption spectrum of Madagascar sapphire(S-2) 40
Figure 15. UV-Vis absorption spectrum of Madagascar sapphire(S-3) 41
Figure 16. UV-Vis absorption spectrum of Madagascar sapphire(S-4) 41
Figure 17. UV-Vis absorption spectrum of Madagascar sapphire(S-5) 42
Figure 18. Inclusions of Madagascar sapphire 45
Figure 19. This Be²+ diffused samples are shown in an immersion filled with methylene iodide. (a) S-1, (b) S-2, (c) S-3, (d) S-4 and (e) S-5(이미지참조) 47
Figure 20. Photographs and unpolarized absorption spectrum of S-1 measured before(a-1, a-2) and after(b-1, b-2) beryllium diffusion treatment 52
Figure 21. Photographs and unpolarized absorption spectrum of S-2 measured before(a-1, a-2) and after(b-1, b-2) beryllium diffusion treatment. 53
Figure 22. Photographs and unpolarized absorption spectrum of S-3 measured before(a-1, a-2) and after(b-1, b-2) beryllium diffusion treatment 54
Figure 23. Photographs and unpolarized absorption spectrum of S-4 measured before(a-1, a-2) and after(b-1, b-2) beryllium diffusion treatment 55
Figure 24. Photographs and unpolarized absorption spectrum of S-5 measured before(a-1, a-2) and after(b-1, b-2) beryllium diffusion treatment 56
초록보기 더보기
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.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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