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夜明珠的秘密——长余辉
来源: 陕西省地质调查院实验中心 | 作者:杨中瑞 | 时间:2025-04-22 09:11:39 | 人气:

  夜明珠,古称“随珠”“悬珠”“明月珠”等,一颗夜明珠千金难寻,甚至价值连城。那么夜明珠为什么能在夜里发光?其发光特性与现代科学中的长余辉材料存在本质联系,是长余辉材料的一种表现形式。今天我们就走进长余辉的世界一探究竟。
  何为长余辉
  众所周知大部分材料不能发光,只能反射一部分光,被人的眼睛接收,故而被人们看到。在漆黑夜晚,没有光源的情况下,不能发光的物体无法被看到。然而有一种材料,能在吸收光源后,将部分能量存储起来,在失去光源后仍发出可见光。外界光源消失的情况下,发光仍能持续,这种现象被称作长余辉,具有这种特殊发光性质的材料叫作长余辉材料,也称夜光材料或蓄光材料。长余辉材料可分为天然长余辉材料和人工合成长余辉材料,夜明珠属于天然长余辉材料。天然长余辉材料(如荧光石类矿物)含放射性同位素,可自发发光;人工合成的长余辉材料(如磷光材料)则通过化学合成实现。


图1  黑暗环境下的夜明珠


  长余辉材料的发光机理
  长余辉材料的发光机理复杂,基本原理是能量存贮。长余辉材料在光激发下,电子或空穴被材料中的缺陷态(如陷阱能级)俘获,形成激发态载流子-空穴对,这些被俘获的载流子无法立即复合,而是被“储存”在缺陷中。当失去光源后,储存在材料中的能量电子被转化成光子能量释放出来,进而产生长余辉现象。
  长余辉材料的发光时间
  长余辉材料的发光时间从数小时到数十年不等,具体取决于材料类型、激发条件。例如CaAl2O4:Eu,Nd是目前余辉时间最长的无机长余辉材料,余辉时间可长达 19小时以上;SrAl2O4:Eu²+,Dy³+在紫外光激发下可呈现30小时的绿光。


图2 长余辉材料的应用

  长余辉材料的应用
  长余辉材料具有延迟发光效应,广泛应用于多个领域。一是基础照明与安全领域。可用于制作应急照明设备、道路标志、车道剖面线等,解决传统光源在黑暗中持续时间短、易损坏的问题,显著提升夜间交通安全性。也可用于道路标志、隔离带、隧道入口等场景,增强夜间可见性并节约能源。二是建筑装饰、艺术作品、手表表盘等方面,可用来制作发光玻璃砖、瓷制品等,用于室内装饰或特殊场景的照明。三是作为探针材料利用其可逆性实现光学信息存储,或用于防伪标签、光学防伪系统。
  长余辉材料以其独特的光学性质和广泛的应用前景,已经成为材料科学研究的热点之一,但是仍然有许多方面值得进一步研究、探索,如材料发光效率和稳定性等。随着科技的发展,长余辉材料有望在交通照明、安全防伪等科技前沿领域发挥更大的潜力。