愛媛大,超高圧合成法でヒスイの透明化に成功

愛媛大学は,超高圧合成法により,日本の国石であるヒスイの透明化に成功した(ニュースリリース)。

ヒスイは多結晶鉱物であるため結晶界⾯での光の散乱などにより,透光性はあまりよくなく,通常は不透明〜半透明を示す。

しかし,ヒスイを構成する鉱物の粒径を可視光の波⻑(約400-800nm)より⼗分⼩さくすることにより,⾼い透光性を有する「透明ヒスイ」が得られると予想されていた。

研究ではヒスイの成分を持つガラスをつくり,これを円柱形に加工して超高圧装置を用いて,10-20万気圧の超高圧と,900-1300℃の高温をかけ,ヒスイの多結晶体を合成した。得られたヒスイは,温度・圧力に応じて数百nmの粒径からなる多結晶体で,一部は高い透光性を示したという。

実験の結果,特に最も高い圧力の20万気圧で,1300℃付近の試料が最も粒径が小さく透光性も高いことがわかった。この試料に対する光の透過率は,可視光の中間的な波長(645nm)に対して約70%の高い値を示し,「透明ヒスイ」とも称される高い透明性を持っているという。また,この透明ヒスイは,粒径が大きなヒスイに比べて高い硬度を持つことも明らかになった。

ヒスイの結晶系は「単斜晶系」と称して,光学的等方体である立方晶系のダイヤモンドやガーネットと異なり,より透明な多結晶体をつくるには粒径をナノ領域にする必要がある。

今回得られた透明ヒスイの粒径は240nm程度であり,完全なナノ領域(<100nm)にすれば,より透明なヒスイが得られると考えられるという。また,ナノ領域では多結晶体の硬さが増加することが知られており,より硬いヒスイが実現するとしている。

今回の研究ではヒスイの粒径の最小値は240nm程度に留まっているが,研究グループは,今後圧力・温度・加熱時間・昇温時間などの最適化により,100nm以下の真の「ナノ多結晶ヒスイ」の合成が可能になると予想する。ナノ多結晶ヒスイは,より高い透光性と硬さを持つことが予想され,光学材料としても有用な可能性があるという。

また,ヒスイは宝石鉱物の中でも最も高い靭性(割れにくさ)を有することが知られているが,ナノ多結晶ヒスイを構成する微細ヒスイ結晶の形状を制御することにより,高い硬度を持ち割れにくい透明ヒスイの合成が可能になると予想している。更に,同大の世界最大の超高圧合成装置の利用により,1cm程度の透明ヒスイの合成も可能になるとしている。

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