سنتز جواهرات به فرآیند تولید جواهرات و سنگ‌ های قیمتی به صورت مصنوعی از مواد اولیه تازه ایجاد شده اشاره دارد. این فرآیند به کمک تکنیک‌ های شیمیایی و فیزیکی، جواهرات با خواص مشابه به نمونه‌ های طبیعی تولید می‌ کند و در بازار جواهرات به عنوان جواهرات مصنوعی عرضه می‌ شود.

مقدمه
در طول تاریخ، انسان‌ها به دلایل متعددی به برخی از مواد و جواهرات توجه و ارزش داده‌اند، از جمله به عناصری که به دلیل ندرت، خواص فیزیکی و ظاهر جذاب، اهمیت ویژه‌ای داشته‌اند. مفهوم ارزش جواهرات تحت تأثیر متغیرهای مختلفی از جمله موقعیتهای سیاسی و پیشرفت علمی در تاریخ تغییر کرده است.

از مثالی که آلومینیوم در گذشته به عنوان یک جواهر ارزشمند شناخته می‌شد و به اصطلاح مورد استفاده قرار می‌ گرفت، به نمونه‌ای از تحولات در تعریف ارزش جواهرات اشاره کرد. با این حال، تغییری که همواره ثابت بوده و اهمیت داشته، افزایش تقاضا برای جواهرات و ارزش آنهاست که انسان‌ ها را به سوی ساخت جواهرات مصنوعی و تلاش برای ایجاد مواد مصنوعی با کیفیت مطلوب ترغیب کرده است. از مصریان در گذشته گرفته تا شرکت‌ های مدرن مثل جنرال الکتریک، تلاش برای ایجاد جواهرات مصنوعی با کیفیت مطلوب تاریخ را شاهد است.

امروزه، معیارهایی مشخص برای تعیین ارزش جواهرات وجود دارد که شامل خواص نوری و تراش به عنوان عوامل مهم در این ارزیابی می‌شوند. این معیارها سبب ایجاد رنگ، جلا، لومینانس و بازی رنگ در نگین‌ ها می‌شوند و مهم در ایجاد ارزش جواهرات هستند.

سنتز جواهرات

سنتز جواهرات نیازمند تفهیم عمیق‌تری از مفهوم خواص بلورها و کانی‌ها ی گرانبها است. جواهرشناسان، علاوه بر دانش شیمی و فیزیک بلورها و کانی‌ها، باید با مفاهیمی نظیر ساختار، نظم و بی‌نظمی، و پیچیدگی‌های میکروسکوپی آنها آشنا باشند. این دانش به آنها کمک می‌کند تا با تحلیل بلورها و کانی‌های طبیعی و مشابهات مصنوعی آنها به‌صورت ترکیبات جدید، تکنیک‌های نوینی را در سنتز جواهرات به‌ کار ببرند و در بهبود کیفیت روش‌های سنتز جواهرات نقش موثری ایفا کنند.

این بنیان علمی باید به مسائلی نظیر ساختار بلورها و کانی‌ها، تأثیرات فشار و دما بر ساختارها، ارتباط خواص با ساختار، تعامل‌های بلورها و کانی‌ها، و اطلاعات میکروسکوپی در فهم فرآیندهای تشکیل جواهرات طبیعی و مصنوعی در مقیاس‌های مختلف کاربرد داشته باشد.

تحقیقات انجام شده نشان می‌دهد که مطالعه بلورها و کانی‌های گرانبها مانند الماس، ممکن است در فهم بهتری از فرآیندهایی که در زمین و مواد بلوری در حال اتفاق می‌افتد، کمک کند. در آینده، تمرکز تحقیقات بر نقش این بلورها در فرآیندهای زمین‌شناسی و شیمیایی خواهد بود.

ترکیب شیمیایی کانی‌ها و بلورهای سنگ‌های گرانبها می‌تواند بر مبنای میزان عناصر اصلی، فرعی و کمیاب (عناصر کمیاب) موجود در آنها تشخیص داده شود. این عناصر کمیاب در مکان‌های شبکه‌ای در کانی‌ها و بلورها قرار دارند و تحلیل آنها اطلاعات ارزشمندی را ارائه می‌دهد که می‌تواند در درک رفتار میکروسکوپی این مواد در مقیاس‌های مختلف مفید باشد.

از کاربرد هاى فراوان روش هاى پيشرفته در سنتز کانى ها و بلور ها ى گرانبها ،تنها کاربرد هايى که در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته اند ،به طور خيلى خلاصه عنوان مى شود.

تعيين فواصل بين اتمى کانى ها و بلورهاى گرانبها
تعيين عدد کوردينانسيون (C.N)
مشخص کردن جابجايى هاى مکانى(site distortion )
تعيين ساختار کانى هاى گرانبها ،حتى به صورت موضعى
اندازه گيرى مستقيم بى نظمى (Disorder )
تشخيص اتم هاى مجاور
اطلاعات در مورد پيوند
تعيين درجه بى نظمى (Disordering)
مشخص کردن نظم کوتاه برد (SRO) در کانى هاى گرانبها
نگاشت (mapping) عنصرى به کمک ميکروآناليز جذبى

براى شناسايى کانى ها،بلورها و سنگ هاى حقيقى از مشابهات آنها مى توان آنها را در چندين رده تقسيم بندى نمود

جواهرات سنتتيک (Synthetic Gemstones)
جواهرات بدلى (Imitation Gemstones)
جواهرات کامپوزيت (Composite Gemstones)
جواهرات بازسازى شده (Reconstructed Gemstones)
رشد بلورى ترکيبى (Synthetic Overgrowth)

جواهرات سنتتيک (Synthetic Gemstones)

جواهرات سنتتیک به کانی‌ها، بلورها و سنگ‌های گرانبها اطلاق می‌شود که به طور مصنوعی توسط انسان تولید می‌شوند. این نمونه‌ها بر اساس خواص فیزیکی، شیمیایی و ساختار بلوری آنها طبقه‌بندی می‌شوند و کاملاً مشابه نمونه‌های طبیعی خود هستند. سنتز کانی‌ها و سنگ‌های گرانبها از طریق روش‌های متنوعی انجام می‌شود، به عنوان مثال: روش ورنوئیل (Flame Fusion Process Verneuil)، روش فلاکس (Flux Fusion Process)، روش هیدروترمال (Hydrothermal Process)، و روش CVD. این روش‌ها برای تولید انواع مختلفی از جواهرات سنتتیک به کار می‌روند.

از جمله سنگ‌های گرانبهای رایجی که به وسیله این روش‌ها تولید می‌شوند می‌توان به الکساندریت، یاقوت ارغوانی، الماس، زمرد، عقیق، یاقوت، یاقوت کبود و یاقوت سرخ اشاره کرد. این سنگ‌های سنتتیک از نظر ظاهری و خواص بسیار شبیه به نمونه‌های طبیعی خود هستند و در بازار جواهرات گاهاً به عنوان جایگزین مناسب و اقتصادی برای نمونه‌های طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

روش ورنوئيل (Flame Fusion Process Verneui )

روش ورنوئیل ابتدا توسط آگوست Verneuil در سال 1902 معرفی شد و امکان تولید سنگ‌ های قیمتی در آزمایشگاه را فراهم کرد. این روش، از جمله یاقوت، اما همچنین می‌ توان از آن برای تولید گوهرهای متنوع دیگری نظیر یاقوت کبود و یاقوت کبود ستاره، یاقوت سرخ، روتیل و تیتانات استرانسیوم بهره‌ برد.

در این روش، آلومینا به عنوان ماده اولیه در یک محفظه قیف‌ مانند قرار می‌ گیرد و از بالا توسط یک ابزار مانند چکش کنترل شده به محفظه می‌ ریزد. سپس قطرات پودر آلومینا از طریق شعله O-H ذوب شده و به پایه گردان می‌افتند تا متبلور شوند. این روش با استفاده از دماهای بالا و نقطه ذوب آلومینا به صورت کریستالی ساخته می‌شود و می‌توان با افزودن اکسیدهای مختلف مذاب، گونه‌های متنوعی از کریستال کرندوم را تولید نمود.

روش فلاکس (Flux Fusion Process )

روش فلاکس در سنتز سنگ‌ها و بلورهای گرانبها به‌کار می‌رود. در این روش، پودر عنصر مورد نظر در داخل بوته‌های ذوبی از جنس platinum، iridium و graphite قرار می‌گیرد. در دمای بالا، این ماده ذوب می‌شود و به یک حلال قوی تبدیل می‌شود. سپس با سرد شدن و تبخیر، ذرات به شکل بلورها تبدیل می‌شوند. این روش علی رغم امکان تولید بلورهای مطلوب، با مشکلاتی همچون هزینه بالا و تولید بخارات سمی و واکنش‌پذیر از ماده گداز آور روبه‌رو است.

روش هيدروترمال (Hydrothermal Process)

روش هیدروترمال یکی از روش‌های مهم در تولید بلورها و سنگ‌های گرانبها است. این روش در سال 1960 توسط Lechleitner برای تولید اولین بلور زمرد به کار گرفته شد و به نحوی با طبیعت مشابه است. در این فرایند، از یک اتوکلاو فولادی بهره می‌برند که در دما و فشار بالا بلورها رشد می‌کنند.

یک صفحه کریستالی به عنوان بنیان در بخش بالایی مخزن آویزان می‌شود و پودر ماده مورد نظر در بخش پایینی قرار می‌گیرد و سپس مخزن با آب پر می‌شود. دمای بخش پایینی به مواد اجازه حل شدن در آب را می‌دهد و یک محلول فوق اشباع ایجاد می‌شود که به سمت بالا حرکت کرده و بلورهای درشتی را تشکیل می‌دهد. این روش برای تولید بلورهای گرانبها با ویژگی‌ها و کیفیت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روش CVD

روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای تولید الماس از گازهای حاوی کربن مانند متان و پروپان استفاده می‌ کند. این گازها به وسیله حرارت تجزیه تولید پلاسمای غنی از کربن می‌شوند و کربن به صورت بخار و با اضافه کردن هیدروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون کربن و حفظ ساختار کوبیک به محفظه واکنش منتقل می‌شود.

سپس اتم‌ های کربن بر روی بستر مناسب تبلور می‌شوند سرعت رشد الماس در این فرآیند به نوع انرژی حرارتی و شرایط فشار بستگی دارد. باید توجه داشت که افزایش سرعت رشد ممکن است کیفیت نهایی محصول را کاهش دهد، بنابراین فرآیند باید به گونه‌ای کنترل شود که سرعت رشد مناسب و کیفیت بهینه را فراهم کند. یکی از مشکلات این روش، نامتناسب بودن جنس هسته و الماسی بر سطح هسته است که منجر به رشد غیریکنواخت الماس می‌شود. اصلاح سطح هسته می‌تواند به بهبود سرعت رشد و یکنواختی الماس‌ها کمک کند.