TÜRKİYE’DE ÇIKARTILAN DUMANLI KUVARS, MAVİ KALSEDON ve AGAT’IN OPTİK ve ELEKTRİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Bu çalışmada, jeolojik oluşum ve ekolojik denge sonucu yığılmalarla meydana gelmişnolan Aydın-Koçarlı bölgesindeki dumanlı kuvars, Eskişehir-Sarıcakaya bölgesindeki mavi kalsedon ve Eskişehir-İnönü bölgesindeki agat örneklerinin optik ve elektrik özellikleri incelenmiştir. Dumanlı kuvars, mavi kalsedon ve agat örneklerinin, optik, elektrik ve yapısal özellikleri; ICP-AES, XRD, VIS-NIR bölgelerinde optik soğurma, termolüminesans ile mikrodalga frekans bandında dielektrik analiz teknikleri kullanılarak araştırılmıştır.
ICP-AES analizlerinde, içeriğinde yüksek oranlı (%98,3 - %89,8 - %91,2) SiO2 elementi bulunan örneklerde, düşük oranlarda Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO elementleri ile çeşitli oranlarda Ni, Cr, Sr, Ba, Co gibi nadir toprak elementleri, karakteristik özellikler olarak ortaya çıkmıştır. VIS bölgesinde yapılan optik soğurma bandlarında, Fe elementi ile spesifik olarak Ni ve Cr nadir toprak elementlerinin, örnek renk oluşumlarına katkı sağladığı söylenebilir.
900 Gray X ışınlamasından sonra örnekler üzerinde yapılan TL analizlerinde, dumanlı kuvars ve mavi kalsedon örneklerinde 111 C ile 103 C ‘de 0,9 – 1,0 eV arasında değişen tuzak derinliğinde birer adet TL parıldama eğrisi gözlenirken, agat örneğinde 144 C ve 371,4 C ‘de yaklaşık 0,4 – 0,45 eV arasında değişen tuzak derinliğinde iki adet TL parıldama eğrisi gözlenmiştir. Bu sonuçlara göre agat örneğinin, diğer örneklere göre daha fazla tuzak sayısına veya kusurlu yapıya sahip olduğu söylenebilir.
Örneklerin mikrodalga X band frekans aralığındaki elektrik özellikleri incelendiğinde, her bir örneğin gerçek dielektrik (yalıtkanlık) değerleri, sırasıyla ortalama 5,08 , 4,59 ve 4,74 olarak tespit edilmiştir. Bu değerler, literatür taramasındaki tipik SiO2 yapısında gözlenen dielektrik değerleriyle örtüşmektedir. Yalıtkanlık kaybı olarak da isimlendirilen sanal dielektrik değerleri ise kuvars’ta 0,77, mavi kalsedon’ da 0,22 iken agat örneğinde 3,84 değerindedir. Agat örneğindeki 3,84 değerindeki yalıtkanlık kaybı, su veya hidroksil moleküllerinin örnek kompozisyonunda yoğun olmasından kaynaklanabilecek iyonik iletkenlikle açıklanabilir.
ICP-AES analizleri sonucunda, %3,84 ile %4,39 su veya hidroksil oranına sahip olan mavi kalsedon ve agat örneklerine eş zamanlı olarak termal analizler (TGA/DTA) yapılmıştır. Termal analizlerde mavi kalsedon örneğinde su veya hidroksil kaybının neden olduğu ağırlık kaybı 1084,57 C ’de %3,07 iken, agat örneğinde 808 C ‘de %37,78 olarak gözlenmiştir.
NIR bölgesinde yapılan optik soğurma spektrasındaki 5195-5216 cm-1 kayma değerleri için su moleküllerinin temel eğilimi ile OH hidroksil gerilmesine bağlı bileşimlerin,7017-7027 cm-1 kayma değerleri için serbest ve hidrojen bağlı silanol grupların varlığından söz edilebilir.
Agat örneğinin, TL tuzak yapısı, elektrik özellikleri, NIR bölgesindeki soğurma karakteristiği ve TGA/DTA termal davranışları incelendiğinde, kompozisyonunda su veya hidroksil moleküllerine bağlı kusur yapılarının yoğun olarak ortaya çıktığı görülmüştür. Agat örneğindeki su içerikli kusurlu yapının bölgesel olarak daha ayrıntılı tanımlanabilmesi için ilk önce mikro raman spestrokopi ile eş zamanlı olarak uzaysal ayırmalı CL analizleri ve devamında zaman ayırmalı CL analizleri yapılmıştır.
Agat örneğindeki mikro-raman ölçümlerinde 465 cm-1 ve 501 cm-1 kayma değerlerinde kuvvetli kuvars ve moganite pikleri görülmüştür. Oda sıcaklığındaki uzaysal ayırmalı katodolüminesans ölçümleri, seçilen üç farklı alanda kayıt edilmiştir. %100 SiO2 içeren gri alanda en düşük CL emisyonu gözlenirken, %99,7 SiO2 ve %0,3 Fe2O3 içerikli kahverengi alanda gözlemlenen 643 nm değerindeki yüksek CL emisyonuna, moganitçe zengin alanlardaki silanol grubunun yüksek konsantrasyonunun neden olabileceği gösterilebilir.
%98,7 SiO2 ve %1,3Al2O3 içerikli dış beyaz alanda 317 nm ve 380 nm ’de UV bandlar, 437 nm ve 458 nm ‘de keskin mavi bandlar, 643 nm ‘de ise kırmızı band olmak üzere toplamda beş adet CL emisyonu gözlemlenmiştir. 317 nm ‘deki emisyon köprülenmeyen oksijen boşluk (NBOHC) merkezleriyle ve 380 nm ‘deki emisyon, kafesteki büyük miktarlı alüminyum tarafından üretilen [AlO4]/ H+ merkezleriyle ilgilidir. 458 nm ‘deki emisyon, oksijen boşluğu ve peroxy bağlantılarından oluşan tuzaklanmış uyartımların yeniden birleşmesinden dolayıdır. ( Si – O – O – Si ). Kahverengi bölgede gözlenen 643 nm ‘de ki kırmızı band CL emisyonu, dış beyaz alanda gözlenen 643 nm ‘deki kırmızı band CL emisyonundan daha yüksektir. 643 nm ‘deki yüksek emisyon, muhtemelen moganite yapısındaki çok yüksek konsantrasyonlu silanol gruplarla ilişkilendirilebilir.
Agat örneği üzerindeki zaman ayırmalı CL verileri toplandığında, yaklaşık 496 nm ‘de düşük yoğunluklu yeşil band, 600 nm yoğunlukta turuncu band ve 670 nm yoğunlukta kırmızı band olmak üzere üç geniş band emisyonu görülmüştür. 670 nm ‘deki CL emisyonu, hidroksil veya alkali içeriği ile O2 (super 3-) ve E’1 merkezleri arasındaki ilişkilere dayandırılabilir. Agat CL spektrumunda dikkat çeken bir diğer özellikte, yaklaşık 600 nm ‘de merkezlenmiş turuncu emisyon bandının varlığıdır. Sarı CL emisyon bandının fazla oluşu ve E’1 merkezlerin yüksek konsantrasyonu, asidik volkanik işlemler tarafından oluşan agat formu için tipik bir göstergedir.
