탄자니아산 강옥의 보석광물학적 특성 연구

박희율,박맹언,성규열 한국암석학회 2005 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.- No.-

탄자니아산 강옥의 보석광물학적 특성 연구

박희율,박맹언,성규열 한국광물학회 2005 한국광물학회.한국암석학회 공동학술발표회 논문집 Vol.2005 No.-

논문 : 탄자니아산 루비 및 사파이어의 보석광물학적 특성

박희율 ( Hee Yul Park ),성규열 ( Kyu Youl Sung ) 한국광물학회 2005 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.18 No.4

ZrO₂와 Y₂O₃ 조성비에 따른 Co와 Ce 첨가 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정의 광학적 및 구조적 특성

문소이,박희율,석정원,Moon, So-I.,Park, Hee-Yul,Seok, Jeong-Won 한국결정성장학회 2012 한국결정성장학회지 Vol.22 No.2

스컬용융법으로 큐빅지르코니아(YSZ) 단결정들($ZrO_2$: $Y_2O_3$= 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40, 50 : 50 wt%, $Co_3O_4$: 0.8wt%, $CeO_2$: 0.4wt%)을 성장시켜 $N_2$ 분위기 $1000^{\circ}C$에서 5시간 동안 열처리 하였다. 오랜지색, 황갈색 또는 갈색의 단결정들은 각각 갈적색, 황색 또는 녹색으로 변화되었다. 열처리 전 후의 YSZ 단결정들은 직경 6.5, 두께 2 mm의 웨이퍼로 연마 하였다. 각 시편의 광학적 또는 구조적 특성은 UV-VIS 분광광도계와 XRD(X-ray diffraction)로 분석하였으며, $Ce^{3+}(^2F_{5/2,7/2}(4f){\rightarrow}^2T_g(5d^1))$, $Co^{2+}(^4A_2(^4F){\rightarrow}^4T_1(^4F)$ 또는 $^4T_1(^4P))$ 및 $Co^{3+}$에 의한 흡수, 이온화에너지 및 격자상수 변화를 확인하였다. Co-(0.8 wt%) and Ce-(0.4 wt%) doped cubic zirconia ($ZrO_2$ : $Y_2O_3$ = 80 : 20, 70 : 30, 60 : 40, 50 : 50 wt%) single crystals grown by a skull melting method were heat-treated in $N_2$ at $1000^{\circ}C$ for 5 hrs. The orange, yellowish brown and brown colored as-grown single crystals were changed into either brownish red, yellow and green color after the heat treatment. Before and after the heat treatment, the YSZ (yttria-stabilized zirconia) single crystals were cut for wafer form (${\phi}6.5mm{\times}t2mm$). The optical and structural properties were examined by UV-VIS spectrophotometer and X-ray diffraction. Absorption by $Ce^{3+}(^2F_{5/2,7/2}(4f){\rightarrow}^2T_g(5d^1))$, $Co^{2+}(^4A_2(^4F){\rightarrow}^4T_1(^4F)$ or $^4T_1(^4P))$ and $Co^{3+}$, change of ionization energy and lattice parameter were confirmed.

Spectroscopic characteristics of topaz: The impact of electron beam irradiation and heat treatment

신소라,서진교,박희율,박종완 한양대학교 세라믹연구소 2015 Journal of Ceramic Processing Research Vol.16 No.1

The natural topaz having the chemical formula of Al2SiO4(F,OH)2 exhibits lots of varieties in color and composition. Most of the natural topaz has been mined in colorless. In the work we performed a spectroscopic characterization of natural colorless topaz. The samples were irradiated with 2.5 MeV and 10 MeV electrons to fluencies of 2 × 1017 cm−2 for 1 h and were heated at 150 o C and 1 h in air. From the experiments, the spectra investigated by UV-visible spectroscopy (UV-Vis), electron paramagnetic resonance (ESR), and wavelength dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (WD-XRF). Changes in the colorless sample after irradiation resulted in brown color, which had absorption peaks at 420 and 460 nm. These samples become light blue color after subsequent heat treatment. The samples EPR lines occurred two peaks, a peak near at g = 2.012 substitutional Al3+ ion in a Si4+ site and a peak near at g = 3.5 ~ 4 substitutional Fe3+ in an Al3+ site. After irradiation, the observed that while the peak at g = 3.5 ~ 4 related EPR line are decrease, but the perk at g = 2.012 related defect line show increase.

탄자니아산 루비의 열처리에 의한 보석·광물학적 품질개선 연구

김선옥,왕수균,오설미,박희율,박맹언,Kim, Seon-Ok,Wang, Sookyun,Oh, Sul-Mi,Park, Hee Yul,Park, Maeng-Eon 대한자원환경지질학회 2014 자원환경지질 Vol.47 No.6

루비는 유색보석 중에서 가장 선호도가 높은 보석인 동시에 열처리에 의해 부가가치를 높일 수 있어 학문적인 연구 대상으로서도 그 관심이 높다. 세계적으로 많은 지역에서 루비가 산출되고 있음에도 불구하고, 고품질의 천연 루비는 미얀마, 스리랑카, 태국, 탄자니아 등 일부 제한된 국가에서만 산출되며, 오랜 기간 채광으로 인해 고품질의 원석이 고갈되어가고 있는 실정이다. 이 연구에서는 최근 새로운 산지가 확인되어 관심이 높은 탄자니아산 루비 원석을 사용하여 전통적인 단순 열처리방법과 화학적 열처리 방법에 의한 광물학적 및 보석학적 특성을 파악하고, 열처리에 의한 탄자니아산 루비의 품질개선 효과를 검토하였다. 미얀마의 Mogok산과 Mong Hsu산 루비에 효과적인 방법으로 알려진 전통적인 단순 열처리 실험은 T=$1,600^{\circ}C$에서 6시간 동안 실시하였다. 그 결과, 비교적 균일한 암적색을 지닌 탄자니아산 루비의 색상과 투명도는 색채 색차계와 자외선-가시광선 분광분석(UV-Vis Spectrometry) 결과, CIE 1931 color space 상의 적색과 청색의 좌표값(X, Y)이 원시료 (0.365, 0.321) 및 (0.346, 0.363)에서 (0.337, 0.322)로 감소함이 확인되어, 전통적인 단순 열처리 방법이 탄자니아산 루비의 품질개선에 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 단순 열처리를 수행한 탄자니아산 루비의 X-선형광분석(XRF) 결과, 루비의 적색을 발현 시키는 $Cr^{3+}$함량이 0.72~1.04 wt.%로 증가 되었으나, 갈색의 보조색상을 발현시키는 Fe의 함량이 함께 증가되어 순수한 적색이 아닌 어두운 적색을 띄는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 단순 열처리에 의해 루비에 함유되어 있는 $Fe_2O_3$의 응집현상으로 어두운 색으로 변한 것이라 판단된다. 또한 열처리에 의해 $SiO_2$의 함량이 특징적으로 높게 나타났는데, 이는 열처리 과정동안 용융되었다가 다시 재결정화 되면서 생기는 현상으로 투명도의 개선에 효과적이지 않음을 알 수 있었다. 탄자니아산 루비 중 표면에 균열이 있는 시료를 선별하여 납(Pb)을 주성분으로 하는 화학적 첨가제를 사용한 열처리 실험 결과, 색상 뿐 만아니라, 투명도가 현저하게 개선되었다. CIE 1931 color space 상의 적색과 청색의 좌표값이 원시료 (0.386, 0.304) 및 (0.395, 0.313)에서 (0.405, 0.308)로 적색영역에 도시되었다. 이는 첨가제가 열처리 과정동안 용융되어 루비의 균열부분을 채워준 것으로 확대경으로도 관찰이 가능하다. 또한 루비의 표면과 균열부분에 대한 전자현미분석(EPMA)의 선분석(line scanning)에 의해서도 확인되었다. 이 첨가제는 균열부분을 충진함으로써 내구성과 투명도가 개선되었다. 첨가제의 용융체는 루비와 굴절률이 매우 비슷하기 때문에 입사된 빛이 루비 내부로 더 쉽게 통과하여 전반적으로 색상이 향상된 것으로 판단된다. 이 연구에서 화학적 열처리가 탄자니아산 루비의 품질향상에 적합한 방법임을 확인할 수 있었으며, 사파이어 등 강옥군 광물의 유색보석에 대한 색과 투명도 개선에 매우 유용할 것으로 생각된다. Ruby is one of the most favor colored gem, for beautiful red tone, be high in scarcity value. However, rubies with high quality are produced in restricted regions, such as in Thailand, Sri Lanka, Myanmar, and Tanzania etc., and they have been gradually exhausted by mining for a long period. Therefore, improving qualities of low level rubies with various treatments is arising an alternative way to obtain better rubies. Gemological and mineralogical properties of the natural ruby from Tanzanian were studied with heat treatments. Those characteristics were compared between only heat and adding flux materials under heating. Tanzanian raw rubies were applied a heat treatment ($1,600^{\circ}C$ for 6 hours). However, chromameter and UV-Vis analyses found that a simple heat treatment is inappropriated for the Tanzanian ruby. Although $Cr^{3+}$ containing for red color in the ruby increased with heat treatment, the ruby displays dark medium red because of Fe in the ruby as a form of $Fe_2O_3$. The low transparency after heat treatment is attributed to the recrystallization of $SiO_2$ which has a low melting point. Chromameter confirmed adding Pb-containing flux under heating greatly improves the clarity and color of Tanzanian rubies with micro-fractures and cavities on the surface. EMPA results show that Pb as an additive fills the cavities and cracks on raw Tanzanian rubies during the heat treatment. As a rewult of it, the quality of the Tanzanian ruby raw dramatically improved. These results indicate that the heat treatment with an additive (Pb in this study) is an effective way to obtain better quality of the Tanzanian ruby. Consequently, this study suggests a suitable method to improve the properties of the Tanzanina ruby. The result of this study would provide useful information to upgrade the qualities of similar gem stones such as corundum and sapphire.

본초 광물로서의 활용을 위한 산지별 전기석의 광물학적 연구

Yan Jie,김선옥(Seon-ok Kim),박희율(Hee Yul Park),박맹언(Maeng-Eon Park) 대한자원환경지질학회 2018 자원환경지질 Vol.51 No.4

이 연구는 전기석이 본초 광물의 활용 가능성을 평가하기 위하여 중국 산동성 흑색 전기석 5종, 브라질 미나스 제 라이스(Minas Geraris)광산의 흑색 및 핑크색 전기석 2종, 한국 대유광산 흑색 전기석 1종을 대상으로 전자탐침미세 분석, X-선 회절분석, 유도결합플라스마 분광방출분석, 퓨리에변환 적외선분광분석, 원적외선 분석, 핵자기공명분석 및 물-전기석 반응에 따른 pH-DO 변화를 수행하였다. 또한, 전기석 찜질방의 온열효과와 전기석 분말을 첨가한 비누가 피부에 미치는 영향을 검토하였다. 연구에 사용된 전기석 시료들은 철과 알루미늄 및 붕소 함량이 높은 유형으로 분류되며, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 철과 붕소 함량변화는 전기석의 고용체 특성을 반영한다. CaO/(CaO+Na2O)와 MgO/ (FeO+MgO) 함량비는 높은 정(+)의 상관관계를 갖는다. 전기석 분말과 증류수와의 반응에서 DO값은 반응시간의 경과에 따라 낮아지며, DO=10에서 안정된다. pH는 6시간까지 증가되고, 24시간 이후에는 대체적으로 pH=8에서 안정된 상태를 유지한다. 전기석은 단파장에서 흡수 스펙트럼의 강도와 투과율이 낮아지며, 흡수 스펙트럼의 파장과 강도는 구성 원소의 함량과 결정학적 특징에 따라 달라진다. 특히, 철의 함량증가는 방사량을 감소시키는 원인이 되는 것으로 확인되었다. 전기석의 철 함량과 원적외선 방사량의 상관관계는 높은 정(+)의 상관성을 가지며, 알루미늄과 마그네슘 함량은 부(-)의 상관관계를 나타낸다. 증류수와 전기석 분말의 반응은 17O- NMR 반치폭을 감소시키는 것으로 확인되었다. 전기석에 의한 고온 찜질방(약 100oC 사우나)에서의 온열효과는 체온을 0.5-1.5oC 정도 높이며, 맥박은 평균 12회, 혈압은 10mg Hg 상승한다. 전기석 비누는 피부에 매우 좋은 효과를 나타내며, 알레르기와 아토피 등의 문제성 피부에서 보통이상의 개선 효과를 갖는 것으로 확인되었다. In this study, we have performed electron probe micro analyzer (EPMA), X-ray differaction (XRD), inductively coupled plasma spectroscopy (ICP), Fourier transform Raman spectroscopy (FT-Raman), far-infrared (FIR), nuclear magnetic resonance (NMR), and pH-DO Analyses for characterizing medicinal mineralogy aspect of the black tourmaline (Shantung, china), black and pink tourmaline (Minas Geraris, Brazil), black touemaline (Daeyu mine, Korea). In addition, heating effects of the tourmaline sauna as well as the effects of tourmaline powder-added soap on skin troubles have been investigated. It has been revealed that chemical composition of the tourmaline is either high in Fe-, Al-, B-rich types. Ratio of the K-Ca, Na-K, and Fe-B reflects the component change property of solid solution. CaO/CaO+Na2O and MgO/FeO+MgO ratio show high positive correlation. When tourmaline reacts with distilled water, extended reaction time DO values approximately decrease and it stabilizes at DO = 10. Otherwise, pH values increase until 6 hours and it stabilizes at pH = 8 after 24 hours. Distilled water changes to alkaline when it reacts with tourmaline powder and particles. Tourmaline showed lower absorption spectrum strength and transmittance at short wave, where absorption spectrum wavelength and strength were determined by the content of the composition elements and characteristics of crystallography. Increase of the Fe content has been confirmed to be the cause for the reduction of irradiation. For the chemical composition and spectral property of the tourmaline particle samples, it has been found that Si and Fe contents show positive correlation with Far-Infrared irradiation, while Al and Mg contents show negative correlation. For tourmaline powder, it has been confirmed that 17O-NMR FWHM (full width at half maximum) decreases when reacts with distilled water. Tourmaline sauna (approximately 100oC) was found to increase 0.5-1.5oC of body temperature, average of 12 heartbeat, and 10mg Hg of blood pressure. Tourmaline soap had very good aesthetic effect to skin and was confirmed to have above the average improvements to skin troubles (e.g., allergy or atopy).