Pinfire – Gems & Colloids

Edelopal - Synthesen und Imitationen

Herstellung

Die Herstellung von Opal-Synthesen oder Opal-Imitationen erfolgt prinzipiell in 4 Schritten.

 

1. Die Herstellung nahezu gleich großer (monodisperser) Partikel in Kugelform und einer Größe von ca. 250-350 Nanometern [1,4,7,12].

Sollen synthetische Opale mit Silica-Partikeln hergestellt werden, wird zur Präparation der Partikel überwiegend die Stöber-Fink-Bohn-Methode eingesetzt.

Um monodisperse Polymerpartikel zu erhalten, eignet sich die Emulsionspolymerisation.

Monodisperse kolloidale Silica-Partikel in einem geeigneten Größenbereich sind durch eine Kooperation mit "Superiour Silica" erhältlich: Monodisperse Silica-Partikel

 

2. Die Anordnung dieser Kügelchen zu einer dreidimensional periodischen Dichtestpackung [3,8].

Im einfachsten Fall erfolgt die Anordnung der Partikel durch Sedimentation in einer wäßrigen Lösung.

 

3. Trocknung und Verfestigung der Anordnung [2,5,6,9,10,11]

Um unter Normalbedingungen eine übermäßige Rissbildung zu vermeiden, sollte dieser Prozess äußerst langsam verlaufen.
Ist das Ziel ein rissfreies Material, kann die Methode der "überkritischen Trocknung" eingesetzt werden.

 

4. Verfüllung der Porenräume zwischen den Partikeln [5,6]

Die Porenverfüllung kann durch das Einbringen weiterer, deutlich kleinerer Silica-Partikel in die Dichtestpackung oder mit Silica-Gel erfolgen (Opal-Synthesen). Weit verbreitet ist die Verwendung von Kunststoff (Opal-Imitationen).

 

Literatur

1. Bogush, G. H., et al. (1988): Preparation of monodisperse silica particles: Control of size and mass fraction, Journal of Non-Crystalline Solids, 104 (1), 95-106.

2. Chabanov, A. A., et al. (2004): Avoiding cracks in self-assembled photonic band-gap crystals, Applied Physics Letters, 84 (18), 3573-3575.

3. Dutta, J., and H. Hofmann (2004): Self-Organization of Colloidal Nanoparticles, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 9, 617-640.

4. Egen, M., and R. Zentel (2004): Surfactant-Free Emulsion Polymerization of Various Methacrylates: Towards Monodisperse Colloids for Polymer Opals, Macromolecular Chemistry and Physics, 205 (11), 1479-1488.

5. Filin, S. V., Puzynin, A. I. (2009): Prevention of Cracking in Ethiopian Opal, Australian Gemmologist, 23, 579-582.

6. Filin, S. V., Puzynin, A.I. Samoilov, V.N. (2002): "Some Aspects of Precious Opal Synthesis", Australian Gemmologist 21, 278-282.

7. Giesche, H. (1987), Modellporenkörper aus monodispersen sphärischen SiO2-Partikeln, Johannes Gutenberg Universität, Mainz.

8. Luck, W., et al. (1963): Kristallisation übermolekularer Bausteine, Naturwissenschaften, 50 (14), 485-494.

9. Mayoral, R., et al. (1997): 3D Long-range ordering in an SiO2 submicrometer-sphere sintered superstructure, Advanced Materials, 9, 3, 257–260.

10. Miguez, H. et al. (1998): Control of the Photonic Crystal Properties of fcc-Packed Submicrometer SiO2 Spheres by Sintering, Advanced Materials 10, 6, 480–483.

11. Samarov, E. N., et al. (2006): Structural modification of synthetic opals during thermal treatment, Physics of the Solid State, 48, 7, 1280-1283.

12. Stöber, W. and A. Fink (1968): "Controlled Growth Of Monodisperse Silica Spheres In The Micron Size Range", Journal of Colloid & Interface Science 26, 62-69.

April 8, 2013