Az opál tulajdonságai Gyakorlati jelentősége

Az előadások a következő témára: "Az opál tulajdonságai Gyakorlati jelentősége"— Előadás másolata:

1 Az opál tulajdonságai Gyakorlati jelentősége
féldrágakő drágakő Ipari jelentőség

2 Opálféleségek közös tulajdonságai
- Különleges tompa selyemfény , amit a megszilárdult szilikagél anyagába zárt mikroszkópikus vízcseppek fénytörése okoz - Sűrűségük kisebb a kvarcénál, 1,98-2,2 g/cm3 - Keménységük a Mohs-skálán 5,5 és 6,5 között - Nincs kitüntetett hasadási irány, kagylós törésűek

3 A közönséges opál 1. Mattfehér anyaga a tejüveghez hasonló opalizál
Színe megváltozik, ha egyéb ásványi anyag is kerül a szilikagélbe. A színes opálok nagyon sok változata ismert, a rózsaszínűtől a zöldig, az okkertől a feketéig. Májopál barna és okkersárga színű legismertebb lelőhelye: Magyarország Hegyalján, az erdőbényei legelőkőn Mohaopál Fehér alapanyagba zöld és szürke foltok keverednek legismertebb lelőhelye: India

4 A közönséges opál 2. Faopál Achát Tűzopál
Gyakran opálosodnak régmúlt geológiai korok fosszilis (fa)anyagai, ekkor az opál megőrzi az eredeti (fa)szerkezetet legismertebb lelőhelye: Brazília Achát Különböző színű szilikagél rétegek egymás után, egymásra települve legismertebb lelőhelye: Németország Tűzopál Narancssárga-vörös színű és kivételesen majdnem tökéletesen átlátszó Már igazi drágakő legismertebb lelőhelye: Egyesült Államok, Brazília

5 Közönséges opálok

6 Első osztályú drágakövek 1.
Kristályos szerkezetű, igen ritka ásványok, amelyek előnyös tulajdonságai pontos szabályok szerinti csiszolással még jobban kiemelhetők gyémánt pl. a kék színű zafir a vörös rubin a zöld smaragd C Korund [Al-oxid] Korund [Al-oxid] Berill [Be2Al2(Si6O18)]

7 Első osztályú drágakövek 2.
Nem kristályos szerkezetű, anyaga a Föld legközönségesebb ásványa a szilícium oxidja Ez a drágakő a nemesOpál Ezt az előkelő helyet egyedülálló színhatásának, no meg ritkaságának köszönheti.

8 A nemesOpál 1. Áttetsző ásványi anyag , amely színe a ráeső fény irányától függően változik, a szivárvány színeiben irizál. Minden opálféleségben vannak a szilikagélbe zárt vízcseppek, vagy levegőbuborékok zárványként, mégsem irizálnak. A titokra a hatvanas években derült fény. A nemesopál anyagában rendkívül finom és bizonyos rendszer szerinti eloszlásban krisztoballit ásvány mikroszkópikus lemezkéi fordulnak elő, ezeken a kristálylapokon visszavarődő és/vagy elhajló fénysugarak interferenciája okozza a különleges fényhatást.

9 A nemesOpál 2. A nemesopál előfordulása nem kötődik valamiféle ásványhoz vagy kőzethez. Leginkább vulkáni kőzetek telérjeiben, vagy üledékekben található. A múlt századig a világ legszebb és legértékesebb nemesopáljai Magyarországról, a felvidéki Nemesvágás andezitjéből kerültek elő. Ezek a lelőhelyek azóta kimerültek. A legjelentősebb opálbányák ma: Ausztráliában, Mexikóban, és északkelet-Brazíliában vannak

10 Kvantumoptika: Hangolható fotonkristály – levegõbõl
Olvassuk együtt 1. Kvantumoptika: Hangolható fotonkristály – levegõbõl A számítógépes csipek tervezõinek álma olyan integrált áramkör, amely fénnyel mûködik. A fotonok az elektronoknál gyorsabban és hatékonyabban közvetíthetnék a jeleket a milliónyi tranzisztor, kapcsoló és esetleg mikrolézer között. A Torontói Egyetem kutatói eljárást dolgoztak ki olyan fotonkristály elõállítására, amelynek fényáteresztõ képessége a rácson belül mikronról mikronra szabályozható, és amelynek „fényáramkörei” akár utólag is megváltoztathatók, ha a körülmények úgy kívánják. Több mint egy évtizede kísérleteznek a fizikusok olyan fotonkristályok elõállításával, amelyeknek a kristályrácsában a fotonok ahhoz hasonlóan terjedhetnek, mint az elektronok a félvezetõkben. A kvantumfizika a szilárd testek elektromos viselkedését az úgynevezett sávelmélettel értelmezi: eszerint az elektronok lehetséges energiaértékei a kristályokban sávokba rendezõdnek. Az alsó, elektronokkal teljesen betöltött vegyértéksávot egy tiltott sáv választja el az úgynevezett vezetési sávtól, amelyben az elektromos vezetésben részt vevõ, kvázi szabadon mozgó elektronok vannak. A fémekben a vezetési sáv egy része is be van töltve, ezért sok bennük a szabad töltéshordozó, míg a félvezetõk és a szigetelõk vezetési sávja üres. A tiltott sáv létrejötte az elektron hullámtermészete alapján azzal magyarázható, hogy a periodikus kristályszerkezetet alkotó atomokon szóródó elektronhullámok bizonyos energiaértékeknél kioltják egymást. Mivel a fotonok szintén leírhatók részecskehullámként, elvileg számukra is készíthetõ olyan periodikus kristályszerkezet, amelyben a szórt fotonhullámok úgy interferálnak egymással, hogy bizonyos fotonenergiák tiltott sávba kerülnek. Ennek az a feltétele, hogy a rácsállandó a fény hullámhosszával összemérhetõ nagyságrendû legyen.

11 Olvassuk együtt 2. Inverz opál: a szilíciumvázba (zöld) ágyazott mikroszkopikus légbuborékkristályban a határfelületeket bevonó folyadékkristályra (aranysárga) adott feszültséggel a fényáteresztõképesség pontról pontra vezérelhetõ A fotonkristályok felhasználási lehetõségei szintén a félvezetõkkel való hasonlatosság alapján érthetõk meg. Ismeretes, hogy a félvezetõk tulajdonságai nagymértékben befolyásolhatók szennyezõatomok bevitelével. Ezeknek az a szerepük, hogy a tiltott sávban betölthetõ energiaszinteket hoznak létre, így ezeken a „lépcsõkön” keresztül az elektronok a vegyértéksávból könnyebben juthatnak el a vezetési sávba. A fotonkristályokban hasonló szerepet tölthetnek be a különféle rácshibák, diszlokációk. A tökéletes fotonkristály a tiltott sávjába esõ frekvenciájú fotonokat nem engedi át. De ha például az egyébként tökéletes fotonkristályba egy vonalhibát visznek be, akkor az már úgy mûködik, mint egy hullámvezetõ: a vonalhiba mentén az egyébként tiltott frekvenciájú fotonok is terjedhetnek. A hordozó síkjába épített rezonáns mikroüregek pedig (amelyek mintegy csapdába ejtik a fényt) mikroszkopikus kapcsolóként mûködtethetõk, és csatolást létesíthetnek az áramkör elemei között.

12 Olvassuk együtt 3. Élet és tudomány
Csupán az utóbbi egy-két évben sikerült az elsõ olyan fotonkristályokat elkészíteni, amelyek a látható fény hullámhosszán mûködnek, ám Kurt Busch és Sajeev John, a Torontói Egyetem kutatói máris a következõ lépésen dolgoznak: olyan hangolható fotonkristályt akarnak elõállítani, amelyben a tiltott sáv helyzete és szélessége kívülrõl szabályozható. Az általuk elõállított anyag, az úgynevezett inverz opál, valójában egy légbuborékokból álló kristály, amelynek teljes térfogatát 75 százalékban levegõ tölti ki. A kutatók a buborékokat magába záró „váz” belsõ felületeit folyadékkristállyal vonták be, amelynek fényáteresztõ képessége külsõ elektromos térrel szabályozható. Számításaik szerint ebben a szerkezetben a tiltott sáv jellemzõi bármely pontban az elektromos térerõsség helyi értékével állíthatók be. Így olyan „integrált optikai kör” készíthetõ, amelyben az inverz opálkristály rácspontjaihoz (ugyanúgy, mint a laptop számítógépek képernyõjének képpontjaihoz) egy-egy vezeték kapcsolódik, amely helyi elektromos teret hoz létre. Ezek segítségével az optikai kör tulajdonságai bármikor megváltoztathatók, sõt, idõvel a rendszer arra is képessé válhat, hogy „megtanulja”, egy adott feladathoz milyen konfiguráció a legmegfelelõbb. A torontói kutatók inverz opálkristálya, amely viszonylag egyszerûen gyártható, máris felkeltette a távközlési ipar szakértõinek figyelmét. Az egyre szélesebb körben használatos optikai üvegszálak ugyanis sokkal természetesebben illeszkednének optikai áramkörökhöz, mint a hagyományos elektronikához, ráadásul az ilyen rendszerek sávszélessége szintén nagyobb volna. Élet és tudomány

13 Válaszolj! Milyen kulcsszavak szerepelnek, amik feltétlenül szükségesek a szöveg megértéséhez? elektronhullám-fotonhullám, interferál, tiltottsáv-vezetősáv, fotonkristály, folyadékkristály Milyen tudományág foglalkozik ezzel a témával? kvantumfizika vagy szilárdtest-fizika Mi az inverz opál? Légbuborékokból álló kristály, amely egy buborékokat magába záró váz. Mi a feltétele, hogy egy fotonkristály működőképes legyen? A rácsállandónak összemérhető nagyságrendűnek kell lenni a fény hullámhosszával.

14 Jó tanulást!