蛋白石

        蛋白石是天然寶石的一種,顏色有黑、橘紅、半透明、乳白色等,以乳白色居多,故取名蛋白石。蛋白石的特色在於七彩繽紛的外觀,由不同的角度觀賞,它會呈不同的顏色。
        蛋白石的主要成份為球狀的非晶形(amorphous)二氧化矽(silica, SiO2),內部含約10%的水,所以硬度較其他寶石差,而且不耐高熱。主要產地為澳洲及墨西哥。蛋白石的成因是富含二氧化矽的地下水滲入岩石裂縫,球狀的二氧化矽奈米微粒在重力的作用下沈積而成;要沈積1立方公分的蛋白石,約需500萬年的時間,因此相當珍貴。


掃描式電子顯微鏡下的蛋白石(取自http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/photonics/intro/manufacture.html)
        如果二氧化矽球的大小相同且排列規則,所形成的便是價格最高的結晶蛋白石(crystal opal)(請勿與二氧化矽晶體混淆!);如果二氧化矽球的大小稍有不同,成品會有乳白色背景光澤,稱為白蛋白石(white opal)或奶蛋白石(milky opal);如果二氧化矽球的大小很不均勻,成品就會失去彩色外觀,成為劣質蛋白石(potch opal)。目前市面上也有人工合成的蛋白石。
        在顯微鏡下,結晶蛋白石呈週期性的六角(hexagonal)晶格排列,具有光子能帶結構,因此是自然界的光子晶體。二氧化矽的折射率在可見光波段為1.5,尚不足以形成絕對能隙。當二氧化矽球的直徑為138 nm時,垂直入射的能隙落在紫光區,蛋白石因發出紫色光澤,隨著二氧化矽球直徑的增加,能隙漸漸偏向紅光區。除了二氧化矽球大小之外,能隙範圍也會隨著入射角度而變,再加上大多數蛋白石都是由大小、方向不一的光子晶粒所組成的光子多晶系(photonic poly-crystals) ,反射光因而呈現迷人的繽紛色彩。


(以上圖片除特別註明者外,均取自http://www.lostseaopals.com.au/opals/index.asp)