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Wie wird synthetischer Opal hergestellt? Welche Materialien werden für die Opalsynthese benötigt? Wie lange dauert die Herstellung synthetischer Opale? Opale: Synthetischer Opal Online ShopSchritte zur Herstellung von Opal
Synthetischer Opal & Gilson Opal
Imprägnierte synthetische Opale mit typischer, sedimentationsbedingter Streifung
Der Herstellungsprozess von synthetischem Opal und Opalimitationen
Die OpalsyntheseSynthetische Opale werden in 4 Schritten hergestellt:
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Schritt 1: Herstellung monodisperser kolloidaler Silica-Partikel
Eine spezielle Technologie ermöglicht die Herstellung hochgradig monodisperser, kugelförmiger Silica-Partikel.
Besonderes Merkmal dieser Partikel ist eine extrem enge Größenverteilung mit Größen, die im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegen.
Diese Partikel sind eine essenzielle Voraussetzung, um einen synthetischen Opal mit brillanten Farben zu erhalten. Sind die Partikel zu groß, zu klein oder unregelmäßig geformt, dann sind sie für die Herstellung von Opal ungeeignet. -
Schritt 2: Selbstanordnung zu einer kristallinen kolloidalen Struktur
In diesem Schritt wachsen kolloidale Kristalle durch Sedimentation monodisperser Silica-Partikel. Dieser Prozess, initiiert durch heterogene Kristallisation am Gefäßboden, führt zu einer dichtestgepackten Anordnung von Silica-Partikeln mit winkelabhängigen Beugungsfarben (Strukturfarben) – dem bekannten „Farbspiel“ oder auch „Feuer“ synthetischer Opale.
Je nach Partikelgröße, Konzentration und Reaktionsvolumen kann die Sedimentation bis zu einem Jahr dauern.
Die Herstellung durch Sedimentation ist auch der Grund für das streifige/säulige Muster synthetischer Opale parallel zur Wachstumsrichtung. -
Schritt 3: Trocknung
Nach kontrollierter und langsamer Trocknung des Sediments entsteht ein polykristalliner, milchig-weißer, poröser synthetischer Opal, der mit natürlich vorkommenden Hydrophan-Opalen vergleichbar ist. -
Schritt 4: Imprägnierung
Der poröse synthetische Opal wird nun imprägniert, um eine für die Verarbeitung notwendige Festigkeit zu erreichen. Erfolgt die Imprägnierung mit Polymer, so ist das Ergebnis der bekannte imprägnierte synthetische Opal. Bei Verwendung von amorphem Silica entstehen Opale, die wie die Gilson-Opale rein anorganisch aufgebaut sind und daher auch hohen Temperaturen standhalten können.
Synthetischer Opal - Herstellung kugeliger und gleich großer Silica-Nanopartikel
Die monodispersen Silica-Partikel werden mithilfe eines patentierten Verfahrens im Größenbereich von 250–320 nm hergestellt. Hierbei ist es entscheidend, dass die Partikel kugelförmig und hochgradig monodispers sind. Falls die Partikel unregelmäßig geformt und/oder polydispers sind, lassen sich keine oder nur blasse Farben beobachten. Aus diesem Grund wird jede einzelne Partikelcharge sorgfältig geprüft, um die erforderliche Qualität zu gewährleisten.
(Monodisperse Silica-Nanopartikel, 50-ml-Probe)
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Silica-Partikeln (Dreidimensional geordnet, zufällige Dichtestpackung - RHCP)
Monodisperse kolloidale Silica-Partikel auf einem Glasträger getrocknet
„Nano-Pudel“ – 1. Platz des „Science Photo Contest“, organisiert vom Deutschen Verband Nanotechnologie e.V.
Monodisperse Silica-Partikel - Qualitätskontrolle
Form und Größenverteilung monodisperser Silica-Partikel können mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Lichtstreumethoden präzise bestimmt werden.
Eine einfache Möglichkeit, einen ersten Eindruck von der Qualität zu gewinnen, besteht darin, eine verdünnte Partikelsuspension herzustellen und diese auf einem Objektträger trocknen zu lassen. Während des Trocknungsprozesses ordnen sich die Silica-Partikel in dicht gepackten Schichten an und (sollten) unter Beleuchtung mit weißem Licht Bragg-Beugungsfarben zeigen.
Die Analyse opalisierender Schichten unter dem Mikroskop zeigt Muster, die Wellen, Hügeln und Bergen, Küsten, Flüssen, Seen oder wie hier Lebewesen ähneln. Die Strukturen leuchten in verschiedenen Farben, die sich in Sekundenschnelle mit dem Betrachtungs-/Beleuchtungswinkel ändern. Weitere Abbildungen getrockneter kolloidaler Partikel finden Sie in der „Galerie kolloidaler Kristalle“.
Synthetischer Opal - Kolloidale Kristallisation
Alle derzeit erhältlichen synthetischen Opale werden durch Sedimentation von monodispersen Silica-Partikeln hergestellt - ohne Ausnahme!
Die Partikel werden in Wasser dispergiert und sedimentieren dann über einen langen Zeitraum zu einem opalinen Material.
Um Defekte zu vermeiden, sollte dieser Vorgang frei von jeglichen mechanischen Störungen ablaufen.
Das Wachstum synthetischer Opale durch Sedimentation ist ein Prozess heterogener Kristallisation und beginnt mit der Bildung einer geordneten Partikelschicht am Boden des Gefäßes.
Mit fortschreitender Sedimentation stapeln sich Schichten hexagonal geordneter Partikel übereinander, was schließlich zu einem kristallinen Sediment mit dem typischen streifigen/säulenförmigen Muster parallel zur Wachstumsrichtung führt. Die Abmessungen der Säulen können durch Änderung der Partikelkonzentration variiert werden – niedrigere Konzentrationen führen zu größeren/breiteren Säulen (und einer verlängerten Sedimentationszeit).
Sedimentierende Monodisperse Silica-Nanopartikel
Synthetischer Opal - Sediment aus kolloidalen Silica-Partikeln. Der Pfeil zeigt auf ein schmales Band mit Wachstumsstörungen, die durch Bewegung des Gefäßes verursacht wurden.
Synthetischer Opal - Kristallisation kolloidaler Silica-Nanopartikel
Um winkelabhängige Beugungsfarben zu beobachten, ist es erforderlich, eine dreidimensionale periodische Struktur mit Gitterabständen zu erzeugen, die im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichts liegen.
Das Video auf der linken Seite zeigt den Ordnungsprozess kugeliger kolloidaler Silica-Nanopartikel unter dem Mikroskop in Echtzeit.
Beim Übergang aus dem fluiden in den kristallinen Zustand ordnen sich die Partikel in einer hexagonalen Kugelpackung mit Stapelfehlern (rhcp) an.