Gốm thủy tinh là vật liệu kết hợp các đặc tính của hai loại vật liệu – thủy tinh và gốm. Nó bao gồm một hoặc nhiều pha tinh thể nano được hình thành bên trong và phân tán trong một hỗn hợp thủy tinh phi tinh thể. Sự kết hợp giữa các đặc điểm phi tinh thể và tinh thể này mang lại cho gốm thủy tinh một số đặc tính đáng chú ý. Giống như thủy tinh, gốm thủy tinh có thể được sản xuất với mọi màu sắc và độ trong suốt, tương đối dễ dàng và với chi phí thấp. Tuy nhiên, do sự có mặt của các tinh thể nano, nó có độ bền rất cao, độ cứng tốt và khả năng chịu nhiệt vượt trội so với thủy tinh thông thường. Dưới góc độ ngọc học, nó cũng cho thấy dấu hiệu của sự pha trộn giữa thủy tinh và một số pha tinh thể nhất định. Điều này có thể khiến việc nhận dạng chính xác trở nên khó khăn, đặc biệt khi chỉ dựa vào một kỹ thuật duy nhất hoặc trong quá trình diễn giải dữ liệu kiểm tra nâng cao.

Trong nghiên cứu này, một loạt các mẫu gốm thủy tinh có thành phần silic-nhôm-magiê-kẽm (Hình 1) đã được kiểm tra bằng các thiết bị giám định ngọc học tiêu chuẩn và nhiều thiết bị hiện đại khác. Kết quả cho thấy các mẫu gốm thủy tinh được nghiên cứu với nhiều màu sắc và độ trong suốt khác nhau nhìn chung đều thể hiện các đặc tính giám định đá quý tiêu chuẩn nhất quán, gồm cả phổ hấp thụ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và phổ quang phát quang (PL) (Bảng 1). Các mẫu có chiết suất đơn chiết (khúc xạ đơn) nằm trong khoảng từ 1,60 đến 1,63 và tỷ trọng thủy tĩnh từ 2,85 đến 3,42. Các mẫu tương đối sạch khi quan sát dưới kính hiển vi. Những đặc tính này nằm trong phạm vi giá trị ​​của thủy tinh thông thường.

Phổ PL được phân tích dưới kích thích laser 514 nm ở nhiệt độ phòng thông thường cho thấy một loạt các đỉnh giữa 670 và 730 nm (với một đỉnh nổi bật ở 686,7 nm), tương tự như phổ của các khoáng chất nhóm spinel. Phổ FTIR hiển thị các dải nổi bật ở khoảng 3380 và 3440 cm⁻¹, điều này không bao giờ thấy trong thủy tinh tự nhiên hoặc thủy tinh tổng hợp thông thường có thành phần tương tự. Cả phổ FTIR và PL của các loại gốm thủy tinh được nghiên cứu đều có khả năng liên quan đến sự hiện diện của các pha tinh thể nano giống spinel.

Thành phần hóa học chính của các mẫu gốm thủy tinh được nghiên cứu về cơ bản là giống nhau, bao gồm silic, nhôm, magie, kẽm, titan và zirconi, được phân tích bằng quang phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) và quang phổ khối plasma cảm ứng kết hợp với bắn phá laser (LA-ICP-MS). Hỗn hợp các nguyên tố này không được thấy trong bất kỳ vật liệu tự nhiên nào. Ngoài ra, nhiều nguyên tố khác nhau đã được phát hiện với nồng độ đáng kể trong các mẫu. Phổ UV-vis cận hồng ngoại xác nhận rằng chúng đóng vai trò như các chất tạo màu, chẳng hạn như coban trong đá màu xanh lam, niken và/hoặc praseodym trong đá màu xanh lục, mangan trong đá màu vàng đến cam, neodym và erbium trong đá màu hồng nhạt, và vàng (gold) trong đá màu đỏ.

Các phương pháp hứa hẹn nhất để xác định đá quý dạng gốm thủy tinh có thành phần cụ thể (chủ yếu là silic, nhôm, magiê, kẽm, titan và zircon) có thể là sự kết hợp của phép đo chỉ số khúc xạ (RI), phân tích thành phần hóa học chính, phổ quang phát quang (PL) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), để phân biệt gốm thủy tinh với các loại đá quý tự nhiên, đá nhân tạo và các loại đá thay thế khác cũng như thủy tinh nhân tạo thông thường.

Hình 1. Các mẫu gốm thủy tinh trong nghiên cứu có nhiều màu sắc và độ trong suốt khác nhau.

Bảng 1. Tóm tắt các đặc điểm ngọc học, quang phổ và thành phần hóa học của các loại gốm thủy tinh được nghiên cứu với các màu sắc khác nhau.

Tài liệu tham khảo

Beall G.H., and Pinckney L.R. (1999). Nanophase glass-ceramics. Journal of the American Ceramic Society, Vol. 82, No.1, pp. 5-16.

Shen A. (2010). “Nanogems”—A new glass-ceramics material. Gems and Gemology, Vol. 46, pp. 156-157.

Srisataporn B., Karava N., and Buathong A. (2022). Gemological properties of blue and green “Nanogem” imitation materials. Proceedings of the 7th International Gem & Jewelry conference (GIT2021), Chanthaburi, Thailand, February 2-3, 2002, pp. 157-166.

Vyshnevskyi O., Khomenko, V., Kosorukov, O., Ripenko, V., and Kalinichenko, T. (2017). Glass-ceramics as imitation gems. I. Gemological characteristic, composition, physical properties. Mineralogical Journal (Ukraine), 39 (3), pp.32-42.