Mesterséges kristályok

  Az emberiséget a legősibb időktől foglalkoztatja, hogy hogyan lehetne még szebb, díszesebb. Ékszereket kortól és nemtől függetlenül szívesen visel minden ember, hiszen a csillogó fémek és a spektrum minden színében pompázó, ragyogó kövek mindenki számára szépek.

  A történelem során ezek kizárólag a természet adta ásványokból kerültek ki, melyeket idővel hasítottak, csiszoltak, formáztak az igényeknek megfelelően. Ezek a kövek, ásványok a ritka elérhetőség miatt csak a legtehetősebbek számára voltak elérhetőek, akik megfelelő ellenértéket tudtak adni egyes darabokért.

  Mivel mindenki szeretett volna csillogó kövekhez jutni, a gazdagok pedig még többhöz, a köveket és fémeket megpróbálták mesterségesen és olcsón előállítani. Már az ó-egyiptomi papiruszok között is találni olyan leírásokat, amik aranyhoz hasonló ötvözetek, vagy épp kövek előállítását mutatták be a beavatottaknak.

   A legelső drágakőutánzatok még hegyikristállyal kiegészített valódi kövek voltak. Később, mikor a fémekhez hasonlóan a köveket is megpróbálták darabokból összeolvasztani, rájöttek, hogy ez általában nem sikerül: de a sok próbálkozás után valahol valakinek egy érdekes anyag, az üveg előállítása sikerült. (Lásd Tutanhamon arany szarkofágjának üvegpaszta betétjeit!)  Egy időben ez az első mesterséges anyagnak tekinthető termék olyan drága volt, hogy még a valódi drágaköveket is meghaladó áron értékesítették. Erre jó példa a magyar korona is, amelynek egyes részei üvegpasztát tartalmaznak, más részeiben az értéknövelés miatt a valódi drágaköveket cserélték le az un. cseh üveggel, vagyis színes üvegekkel.

   Az üveg elértéktelenedése után az érdeklődés újra a valódi drágakövek felé fordult, és természetesen a technológiai fejlődés lehetőségeit folyamatosan megpróbálták a szintetikus drágakövek előállításában is kamatoztatni. A vegyészet fejlődésével egyre több kristályos anyagot sikerült előállítani, ezzel együtt pedig egyre dühödtebben keresték a kristályok, drágakövek titkát. Néha egészen meredek próbálkozások is voltak, gyémántot próbáltak megolvasztani (de csak elégették) naptükrökkel, olykor több száz karátnyit. Ugyancsak gyémántok előállítását kísérelték meg olyan módon, hogy önkéntesek vagy elítéltek testébe, többnyire a vesékbe ültettek be kisebb gyémántokat, arra alapozva, hogy a vese-, epe-, és hólyagkövek növekedésének a testben a „vis vitalis”, azaz az életerő kell. Ha pedig a húgykőnek sikerül, miért ne sikerülne a gyémántnak? ...és akkoriban sem érzéstelenítés, sem sterilizáció, sem antibiotikumok nem voltak...

  Az első szintetikusan előállított, de méretük miatt csak érdekességként használható köveket 1830 körül tudtak előállítani. Az első, gazdaságilag is értékelhető szintetizálási folyamatot A.V. Verneuil fejlesztette ki 1900 körül.

   Az eljárás lényege, hogy az előállítandó ásványnak megfelelő porösszetételt (nemritkán porrá őrölt természetes, de rossz optikai minőségű drágaköveket) hidrogén lángjában, 2000 Celsius-fok körül megolvasztanak, és az olvadék lassan lecseppenve, egy asztalkán kikristályosodnak, és un. olvadékkörtévé egyesülnek. Noha ennek nincsenek kristálylapjai, belsőleg, optikailag tökéletesen megfelelnek egy drágakővel szembeni követelményeknek. Az olvadékkörték kb. 1,5cm vastagok, és több centi magasak lesznek, súlyuk 200-500 karát. Előállításukhoz kb. 4 óra szükséges, ezzel a karátonkénti költségek jelentősen csökkennek. Verneuil először rubinokat, majd 1910 körül zafírokat gyártott. 1940 óta szintetikus smaragdok, 1955 -től pedig mesterséges gyémántok is vannak. Ennél az eljárásnál a grafitot hatalmas vasgyűrűkbe töltik, izzásig hevítik, majd folyékony nikkelt öntenek rájuk, mint katalizátort. Az egészet lassan hűtik, és a vasgyűrűk összehúzódásával létrejövő 1300fok és 50-100,000 bar nyomáson a grafit gyémánttá alakul. A kapott gyémánt ékszer célokra pici és szennyezett, de ipari célra tökéletes, bár elég drága. Viszont, amelyik állam másként nem jutott gyémánthoz, azoknak megérte… A mai időkben az USA-ban valódi gyémántokra, mint kristálymagra nagy nyomáson, grafitgőzből, lézerrel gerjesztett nemesgáz plazma légkörben kristályosítanak, ezzel nagy, ékszerminőségű gyémántot hozva létre. A növekedés irányításával pár mikron vastag, öt-tíz centis gyémánt hajszálakat hozhatnak létre, amit az optikai és az elektronikai ipar is nagy érdeklődéssel vár.

Az elektronikai és optikai ipar amúgy is igényli a mesterségesen előállított kristályokat. Legrégebben talán a „kristálydetektoros” rádiók és a mechanikus órák csapágyai, majd a kvarcórák rezgőkörének kristályai használatosak. A szintetikus kristályok iparát nagyban fellendítette a lézer feltalálása, majd nagyfokú elterjedése, az üvegszál-technika és a mikroelektronika. Ez utóbbihoz rendkívül tiszta anyagok, főleg fémek előállítása volt szükséges, amit a vegyi úton a lehető legtisztábbra készített fémek pontos olvadáspontjuk közelében, un. Zónaolvasztással oldottak meg. A nagytisztaságú gallium, germánium, szilícium kristályok a félvezető-technika, ezzel a mai modern elektrotechnika nélkülözhetetlen alappillérei. Egy DVD-lejátszóban pl. mesterséges kristályokat találunk a lézeres leolvasófejben, a csipekben, a félvezetőkben, de a kijelzők folyadékkristályait is ide sorolhatjuk, némi jóindulattal. Az LCD , vagyis a Liquid Cristal Display, magyarul a folyadékkristályos kijelzők nem mai fejlesztésűek, első megnyilvánulásai a régi kvarcórák  és műszerek kijelzőin találhatók. Ma már színesben világító változatok ragyognak a méregdrága LCD-Tv-k képernyőin. Ezek nagy előnye a régi, katódsugaras változatokkal szemben a minimális energiaigény és az elvileg korlátlan méret.

De a szintetikus kristályok felhasználása nem merül ki az elektronika és a lézertechnika szintjén. A napelemek felületét nagy tisztaságú szilícium-kristályok borítják, amik a napenergiát egyre jobb hatásfokkal alakítják energiává. Szintetikus kristályokat próbálnak adathordozóként felhasználni, állítólag a Tel-avivi egyetemen a Szentírást sikerült egy 1X1cm-es kristályon rögzíteni. A szintetikus kristályok használhatóak a gyógyászatban, a determinált oldódású gyógyszerek (karba ültetett fogamzásgátló rudacskák, daganatokba adagolt vagy ültetett szerek, a lassított felszívódású gyógyszerek és vitaminok) által is.

De a mechanika is használ szintetikus kristályokat! Kevesen gondolják, de a vídida nevű gyémánt kemény acél (a neve is a német „Wie diamant”, mint a gyémánt kifejezés rövidítése) is egykristályos szerkezetet mutat, de a pontos megmunkálásokhoz gyakran használt csiszolóanyagok is szintetikusak. Elektrokorund, szilícium-karbid, CBN, a már említett mesterséges gyémánt, és még sorolhatnám, használatosak.

A vegyipar is használ, nem pedig csak előállít mesterséges kristályokat. Főleg optikai műszerekben, hőálló berendezések extrém körülmények között használt részeiben.

A műszerekben remek példa a törésmutatót mérő refraktorokban használt un. Nikol-prizma, ami eredetileg a kettőstörő izlandi pát (víztiszta kalcit) kristálya volt, vagy az infravörös tartományban mérő fotométerek lencséi, amit kálium-bromid kristályokból csiszolnak. Ezt a sószerű anyagot használták régen a katonaságnál „bróm” néven az agresszió és a szexuális kihágások csökkentésére, a közéletben pedig a klasszikus fotótechnika alapanyaga volt.

És, ha őszinték akarunk lenni, a technológiai fejlődés alig száz éve indult el komolyabban: ki tudja, mi jön még…

Tisztelt Hozzászólók, aki viszajelzést is vár, kérem üziben is írjon! Természetesen nagyon fontos számomra minden visszajelzés itt is.

Köszönettel: Feco