Opal tổng hợp được làm bằng cách tạo ra vô số hạt cầu silica cực nhỏ có kích thước đều nhau, cho chúng lắng xuống và tự xếp thành mạng đều đặn như trong opal quý tự nhiên, rồi làm cứng khối hạt bằng silica hoặc nhựa. Khi ánh sáng đi vào mạng hạt đều ấy, nó bị nhiễu xạ và tách thành những mảng màu đổi theo góc nhìn, đó chính là lửa màu của opal.
Opal tổng hợp thương mại xuất hiện từ đầu thập niên 1970, gắn với tên nhà sản xuất người Pháp Pierre Gilson, người cũng nổi tiếng với emerald và ngọc lam tổng hợp. Từ đó có thêm nhiều nguồn khác, có loại dùng silica, có loại tẩm nhựa. Cách phân biệt opal tổng hợp, opal ghép doublet và triplet đã có bài riêng ở trang về đá phong thủy; bài này đi vào câu hỏi gốc: người ta làm ra nó thế nào.
Lửa màu của opal đến từ đâu
Opal là silica vô định hình có ngậm nước, không có mạng tinh thể như thạch anh. Phần lớn opal là opal thường, không có lửa màu. Opal quý khác ở chỗ bên trong nó là những hạt cầu silica rất nhỏ, đường kính chỉ vài trăm nanomét, có kích thước gần như bằng nhau và xếp thành lớp đều đặn như những quả cam chất trên sạp.
Khoảng cách giữa các lớp hạt cùng cỡ với bước sóng ánh sáng nhìn thấy. Ánh sáng trắng đi vào, phản xạ ở nhiều lớp, và những bước sóng phù hợp với khoảng cách ấy được tăng cường trong khi các bước sóng khác triệt tiêu. Ta thấy một màu thuần ở một góc, đổi sang màu khác khi xoay đá. Hạt nhỏ cho chủ yếu màu lam và lục; hạt lớn hơn mới cho được màu cam và đỏ, vì thế opal có lửa đỏ được quý.
Đây là loại màu khác hẳn màu của ruby hay emerald. Màu của ruby đến từ nguyên tố crôm hấp thụ một phần ánh sáng; màu của opal quý đến từ hình học, giống màu trên cánh bướm hay mặt sau đĩa quang. Vì thế opal quý có thể có mọi màu cầu vồng trên cùng một nền, và màu thay đổi khi bạn nghiêng viên đá.
Mỗi mảng màu trong opal là một vùng hạt xếp đều theo một hướng. Ranh giới giữa các vùng là nơi hướng xếp thay đổi. Hiểu điều này là hiểu được cả cách làm opal tổng hợp lẫn dấu hiệu nhận ra nó.
Từ phòng thí nghiệm khoa học tới hộp trang sức
Cấu trúc hạt cầu của opal được các nhà khoa học xác nhận bằng kính hiển vi điện tử vào thập niên 1960, theo nhiều tài liệu là từ nhóm nghiên cứu ở Úc, quê hương của phần lớn opal quý thế giới. Trước đó, người ta biết opal có lửa màu nhưng chưa thấy tận mắt vì sao. Khi đã hiểu cơ chế, câu hỏi tiếp theo đến rất tự nhiên: nếu tạo được hạt cầu đều và xếp chúng lại, có làm ra opal được không.
Câu trả lời là có, nhưng khó hơn tưởng tượng. Hạt phải đều tới mức sai lệch rất nhỏ; lắng phải chậm và yên; làm cứng phải không phá vỡ trật tự đã có. Những năm đầu, sản phẩm thường bở, dễ nứt hoặc lửa màu yếu. Phải tới đầu thập niên 1970 opal tổng hợp mới đủ đẹp và đủ bền để đưa vào trang sức, và từ đó dần có mặt khắp các chợ đá.
Ngày nay opal tổng hợp được làm ở nhiều nơi, với nhiều mức chất lượng, từ loại gần giống opal đen tự nhiên đến loại lửa màu đều như in dùng cho trang sức thời trang. Đi kèm là các vật liệu “giống opal” làm từ nhựa hoặc thuỷ tinh, đôi khi được bán dưới những cái tên không có chữ tổng hợp hay mô phỏng. Đọc kỹ tên gọi và hỏi lại người bán vẫn là bước đầu tiên.
Ba giai đoạn làm opal tổng hợp
Quy trình của các nhà sản xuất được giữ kín, nhưng tài liệu khoa học về tinh thể keo và đá quý học mô tả khung chung như sau:
- Tạo hạt cầu. Một hợp chất silic hữu cơ được thuỷ phân có kiểm soát trong dung dịch, sinh ra những hạt cầu silica. Điều chỉnh nồng độ, nhiệt độ và thời gian phản ứng cho ra hạt có kích thước rất đều; độ đều là điều kiện sống còn, vì hạt lệch cỡ sẽ không xếp thành mạng.
- Lắng và xếp hạt. Hỗn hợp hạt được để lắng thật chậm, có khi nhiều tuần hoặc nhiều tháng, hoặc được đẩy nhanh bằng cách quay ly tâm nhẹ. Các hạt tự sắp thành những lớp đều, giống đất cát lắng theo lớp dưới đáy hồ nhưng ở thang nanomét.
- Làm cứng. Khối hạt sau khi lắng còn rất bở. Người ta làm khô, nung nhẹ, hoặc ép để các hạt dính vào nhau, rồi lấp khoảng trống giữa hạt bằng silica hoặc bằng nhựa. Khi lấp bằng nhựa, sản phẩm nhẹ hơn và có tính chất hơi khác opal silica.
Với opal nền đen, người ta thêm chất tạo màu tối vào khối hạt hoặc vào chất lấp. Màu nền tối làm lửa màu nổi bật, giống opal đen tự nhiên được quý vì độ tương phản.
Dấu hiệu nhận ra opal tổng hợp
Vân da rắn. Soi gần các mảng màu, thường thấy cấu trúc như vảy da rắn, lưới mắt cáo hoặc tổ ong bên trong từng mảng. Nguyên nhân là các vùng hạt xếp thành cột, mặt cắt của các cột tạo thành hoa văn đều đặn ấy. Đây là dấu hiệu kinh điển nhất.
Nhìn từ cạnh thấy cấu trúc cột. Khi nhìn ngang thân viên đá, các mảng màu xếp thành cột song song, như những sợi đứng sát nhau, khác với mảng màu rải tự do trong opal tự nhiên.
Mảng màu đều và lặp. Mảng màu có xu hướng cùng cỡ, ranh giới sắc, hoa văn lặp. Opal tự nhiên thường có mảng màu to nhỏ không đều, chuyển tiếp mềm hoặc lộn xộn theo kiểu riêng của từng viên.
Tỉ trọng hơi thấp hơn. Opal tổng hợp, nhất là loại tẩm nhựa, thường nhẹ hơn opal tự nhiên một chút. Khác biệt nhỏ, cần cân chính xác mới thấy.
Phản ứng khác dưới đèn UV và phổ hồng ngoại. Phòng lab dùng phổ hồng ngoại để xem lượng nước và dấu hiệu nhựa. Opal tự nhiên ngậm nước theo kiểu riêng, opal tổng hợp thường ít nước hơn hoặc có tín hiệu của chất hữu cơ.
Opal tổng hợp, opal mô phỏng và opal tự nhiên đã xử lý
Ba khái niệm này hay bị trộn. Opal tổng hợp có cấu trúc hạt cầu silica như opal quý thật, chỉ khác là do người làm. Opal mô phỏng là thứ trông giống opal nhưng không có cấu trúc ấy, ví dụ thuỷ tinh có lá kim loại hoặc vân nhiễu xạ đúc lên, nhựa có lớp màng ánh màu. Opal tự nhiên đã xử lý là opal mỏ được tẩm nhựa cho bền hoặc nhuộm đen nền, ví dụ xử lý bằng đường và axit để làm tối nền opal thường có lửa màu yếu.
Mỗi loại có cách gọi tên riêng khi bán, và người bán trung thực phải nói rõ. Một viên opal đen giá mềm, lửa màu rực, hoa văn đều như vảy, nhiều khả năng là tổng hợp. Một viên lửa màu như vẽ, chỉ hiện ở một mặt, phẳng như tấm kính, có thể là mô phỏng hoặc đá ghép.
Thú vị là cấu trúc hạt cầu xếp đều của opal đã truyền cảm hứng cho ngành vật liệu quang học. Các nhà khoa học tạo ra “tinh thể quang tử” theo đúng nguyên lý ấy, dùng cho cảm biến và lớp phủ màu không cần thuốc nhuộm. Opal là một trong những ví dụ đẹp nhất về chuyện màu sắc có thể sinh ra từ hình học thay vì từ hoá chất.
So sánh nhanh bốn kiểu “opal” trên thị trường
Bảng dưới là xu hướng thường gặp để bạn định hướng, không thay cho giám định.
| Loại | Cấu trúc bên trong | Lửa màu | Dấu hiệu dễ thấy |
|---|---|---|---|
| Opal quý tự nhiên | Hạt cầu silica xếp đều, ngậm nước | Mảng màu không đều, mỗi viên một kiểu | Có thể có vân nền, đường nứt khô, tạp chất đá mẹ |
| Opal tổng hợp | Hạt cầu silica xếp đều, lấp silica hoặc nhựa | Rực, mảng đều, lặp | Vân da rắn, cấu trúc cột khi nhìn ngang |
| Opal mô phỏng thuỷ tinh hoặc nhựa | Không có mạng hạt cầu | Như in hoặc như lá kim loại | Bọt khí, vân xoáy, màu chỉ ở một lớp |
| Opal ghép doublet, triplet | Lát opal mỏng dán lên nền, có khi phủ chỏm trong | Thật nhưng mỏng | Đường dán ở cạnh, chỏm trong suốt phía trên |
Chú ý rằng opal tự nhiên cũng có thể có mảng màu khá đều ở một số viên, và opal tổng hợp đời mới cố tình làm hoa văn ít lặp hơn. Bảng chỉ cho hướng nghi, không thay được phép soi của người có kinh nghiệm và phổ của phòng lab.
Với người sưu tầm, một viên opal tổng hợp đặt cạnh viên tự nhiên dưới kính lúp là bài học trực quan nhất về cấu trúc của opal, đáng giữ trong hộp mẫu với nhãn ghi rõ.
Giữ opal tổng hợp: bền hơn hay yếu hơn opal mỏ
Opal tự nhiên ngậm nước nên nhạy với khô hanh và sốc nhiệt, có thể nứt rạn theo thời gian. Opal tổng hợp loại lấp nhựa thường ít nước hơn nên ít rạn vì mất nước, nhưng nhựa lại mềm và có thể bị dung môi, nhiệt làm hỏng. Opal tổng hợp loại silica gần với opal tự nhiên hơn về độ nhạy.
Nguyên tắc chung cho mọi loại opal vẫn giống nhau: tránh va đập, tránh nhiệt cao như nước sôi hay đèn khò của thợ sửa, tránh hoá chất và sóng siêu âm. Độ cứng của opal thấp, chỉ khoảng 5,5 đến 6,5 trên thang Mohs tuỳ loại, nên cất riêng để không bị đá cứng hơn làm xước.
Ví dụ giả định: một bạn mua mặt opal tổng hợp nền đen, đem rửa chung với nhẫn kim cương trong máy siêu âm của tiệm. Mặt đá bị mờ ở bề mặt vì lớp nhựa lấp phản ứng. Chuyện nhỏ này nhắc rằng biết viên đá là loại gì không chỉ là chuyện giá trị, mà còn là chuyện chăm sóc đúng cách.
Câu hỏi thường gặp
Opal tổng hợp có phải là opal thật không?
Opal tổng hợp loại silica có cấu trúc giống opal quý tự nhiên, nên về bản chất vật liệu thì là opal, chỉ khác nguồn gốc. Loại lấp nhựa thì khác thành phần nhiều hơn, một số tài liệu xếp vào nhóm mô phỏng. Gọi đúng là opal tổng hợp, không phải opal thiên nhiên.
Vì sao opal tổng hợp hay có hoa văn vảy rắn?
Vì các vùng hạt cầu trong opal tổng hợp thường xếp thành cột theo hướng lắng. Khi nhìn từ trên xuống, mặt cắt các cột tạo hoa văn đều như vảy hay tổ ong. Opal tự nhiên lắng trong điều kiện địa chất kém đều hơn nên ít khi có hoa văn lặp như vậy.
Opal tổng hợp có ngậm nước như opal tự nhiên không?
Thường ít hơn. Opal tự nhiên chứa một lượng nước đáng kể trong cấu trúc. Opal tổng hợp được làm khô và làm cứng, có khi lấp nhựa, nên lượng nước thấp hơn. Phổ hồng ngoại ở phòng lab cho thấy khác biệt này.
Có opal tổng hợp màu trắng không hay chỉ có nền đen?
Có cả nền trắng, nền đen và nhiều kiểu trung gian. Nền đen được làm bằng cách thêm chất tạo màu tối, để lửa màu nổi hơn. Nền trắng thì để nguyên, trông gần với opal trắng tự nhiên.
Ngâm opal tổng hợp vào nước có hỏng không?
Với loại lấp nhựa, ngâm nước thông thường ít gây hại, nhưng không nên ngâm lâu hay dùng nước nóng. Với opal ghép, nước có thể ngấm vào lớp keo làm mờ. Cách an toàn cho mọi loại opal là lau bằng khăn mềm hơi ẩm rồi lau khô.
Kích thước hạt cầu ảnh hưởng thế nào tới màu?
Hạt càng lớn thì khoảng cách lớp càng lớn và càng tăng cường được bước sóng dài như đỏ, cam. Hạt nhỏ chỉ cho lam, lục. Nhà sản xuất điều chỉnh cỡ hạt để có bảng màu mong muốn, điều mà opal tự nhiên chỉ có được nhờ may mắn địa chất.