Результат интеллектуальной деятельности: Искусственный эритроцинкит

Изобретение относится к новым химическим соединениям, а именно, к искусственным ювелирным кристаллам.

Природные и искусственные кристаллы соединений A^IIB^VI-сфалерит (сульфид цинка с кубической структурой), вюрцит (гексагональный сульфид цинка) и гринокит (сульфид кадмия) относятся к ювелирным кристаллам [Дж. Синкенкенс. Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней. М.: Мир, 1989, с. 328, 335, 388]. Относящийся к этой же группе минералов эритроцинкит ZnMnS также перспективный ювелирный материал. Эритроцинкит не растворим в воде, слабых кислотах и щелочах, а также в органических растворителях, в силу чего инертен по отношению к организму человека. Однако до настоящего времени он не получил широкого распространения из-за отсутствия кристаллов красивых окрасок.

Известен природный эритроцинкит [X. Штрунц. Минералогические таблицы. М.: Гос. науч.-тех. изд-во литературы по горному делу, 1962, с. 88]. Это минерал (Zn, Mn)S, цвет которого характеризуется как красный, просвечиващий. Природный минерал не имеет определенного состава и обычно содержит примеси, что приводит к недостаточной прозрачности для применения в ювелирных изделиях.

Известен искусственный сульфид цинка, легированный марганцем [М.Ф. Буланый, Б.А. Полежаев, Т.А. Прокофьев. Многоцветный источник света на основе сульфида цинка. Журнал технической физики, 1997, т. 67, №10, с. 132-133] - прототип. Этот материал, получаемый в виде объемных кристаллов, можно рассматривать как искусственный эритроцинкит, так как он содержит основные компоненты эритроцинкита - цинк, серу и марганец. Недостатком таких кристаллов является низкое содержание марганца, составляющее 0,0005% (масс.), что приводит к недостаточно насыщенной окраске оранжевого цвета. Из данных авторов прототипа видно, что это связано с наличием в спектрах люминесценции кристаллов не только оранжевой, но и интенсивной голубой полосы. Кроме того, такой материал имеет низкую твердость (3,5 по шкале Мооса). Таким образом, эти кристаллы непригодны для применения в ювелирных изделиях.

Задачей предлагаемого изобретения является создание искусственного эритроцинкита, имеющего интенсивную окраску и пригодного для применения в ювелирных изделиях.

Заявленная задача достигается тем, что предложен искусственный эритроцинкит, имеющий в своем составе сульфид цинка и сульфид марганца, дополнительно содержащий сульфид алюминия при следующем соотношении компонентов (в массовых процентах):сульфид алюминия Al₂S₃ 0,001-0,01, сульфид марганца MnS 0,2-0,5, сульфид цинка ZnS - остальное.

Кристаллы искусственного эритроцинкита такого состава имеют насыщенный оранжевый цвет (Фиг. 1), что также подтверждается спектром люминесценции, снятым при оптическом возбуждении (Фиг. 2). После освещения кристаллов естественным дневным светом наблюдается фосфоресценция. Твердость таких кристаллов 4,5 по шкале Мооса.

На Фиг. 1 показан кристалл искусственного эритроцинкита предлагаемого состава с огранкой «кабошон».

На Фиг. 2 показан спектр люминесценции искусственного эритроцинкита предлагаемого состава, снятый при оптическом возбуждении светоизлучающим диодом с максимумом излучения на длине волны 405 нм. Видно, что интенсивность оранжевой полосы в спектре высокая (на графике Фиг. 1 она принята за 100%), а интенсивность голубой полосы существенно ниже (20% от интенсивности оранжевой полосы).

Сочетание насыщенного цвета, фосфоресцентного свечения и относительно высокой твердости позволяет применять кристаллы в ювелирных изделиях. Наличие фосфоресцентного свечения после освещения естественным дневным светом является новым потребительским свойством материала. Длительность фосфоресценции зависит от яркости естественного света и может достигать 10% от времени предварительного освещения.

Предлагаемый состав выбран экспериментально. При содержании MnS менее 0,2% масс., окраска кристаллов становится бледной, а при содержании MnS выше 0,5% масс., - темной, кристаллы теряют прозрачность, одновременно гасится фосфоресценция.

При содержании Al₂S₃ менее 0,001% масс., не наблюдается фосфоресцентного свечения, твердость кристаллов падает до 4 по шкале Мооса. При концентрации Al₂S₃ выше 0,01% масс., наблюдается погасание фосфоресценции, что ухудшает потребительское качество кристаллов.

Пример 1.

Смесь порошков MnS (0,35% масс.), Al₂S₃ (0,0035% масс.) и ZnS (99,6465% масс.) загружают в графитовый тигель, который помещают в устройство для выращивания кристаллов. Загрузку расплавляют и проводят направленную кристаллизацию под давлением аргона 10 МПа со скоростью 5 мм/час. Получен кристалл искусственного эритроцинкита насыщенного оранжевого цвета, фосфоресцирующий после освещения естественным дневным светом.

Другие примеры составов приведены в таблице.