许跃彬 艾尔肯·斯地克 王庆玲 何久洋

新疆不仅有令人心旷神怡的绝美风景,更蕴藏着大自然赋予的丰富矿物资源。奇妙的是,这些矿物在特定条件下,竟会发出神秘而又美丽的光芒,这背后究竟隐藏着怎样的秘密呢?

让我们跟随科研团队的脚步,一同揭开新疆矿物那独特迷人的面纱。

在新疆吐鲁番地区的艾丁湖,其独特的地质构造孕育了许多矿物宝藏,其中无水芒硝尤为璀璨。

当科研团队首次在这片湖畔发现这种矿物时,它便绽放出微弱的光芒。通过对样本深入的研究,他们发现艾丁湖无水芒硝的发光,与其中的稀土离子激活剂息息相关。

在特定波长的光照下,无水芒硝中的电子宛如被激活的精灵,跃迁到高能级的激发态,随后又回到基态,释放出独特的光谱信号,这便是矿物发光的基本原理。简单来说,这是矿物在受到外界辐射的时候吸收能量,通过发光的形式释放能量的过程。

进一步研究发现,当稀土离子如Ce3+、Sm3+和Tm3+等掺杂入无水芒硝的晶体结构中时,它们会在晶体内部构建起一个个发光中心,在光的激发下,能够发出五彩斑斓的光芒。

图1 在日光灯和紫外灯下的无水芒硝

而在新疆天山南麓的拜城地区,天然方钠石矿脉犹如镶嵌在大地母亲的怀抱中的明珠。在紫外光的照射下,方钠石散发出迷人的橙红色荧光,令人叹为观止。

这些橙红色荧光是怎么发出的?经过科研团队不懈的努力,终于揭开了这一奇妙现象背后的秘密。

原来,方钠石中的硫离子巧妙地替代了部分氯离子,从而在晶体中产生了空位以平衡电价。当紫外光照射这些空位时,电子便活跃起来,被激发跃迁至激发态。当照射停止后,一部分电子则被空位捕获,形成了色心,由于这些色心并不稳定,因此所激发的颜色也会随着时间的流逝而悄然变化。

在研究过程中,科研团队还惊喜地发现,部分掺杂了特殊稀土离子的天然矿物还展现出了神奇的上转换发光特性。当它们被近红外光激发时,会吸收低能量的光子,并通过一系列反斯托克斯过程,释放出高能量的可见光。

更为神奇的是,这些矿物的发光强度和光谱特性会随着温度而发生变化。它们仿佛拥有了感知温度的能力,为生产和研究提供了可靠的数据支持。通过巧妙地调控天然矿物的结构和成分,可以对发光中心进行精准的调控,从而实现对其发光颜色和强度的有效控制。这一重大发现为制备高性能的LED提供了全新的思路。

图2 在日光灯和紫外灯下的方钠石

近年来,科研团队将目光聚焦于新疆各种各样的硅酸盐矿物,如以高热稳定性长石为代表的架状硅酸盐矿物。通过理论与实验相结合的方法,揭示硅酸盐矿石内硫发光中心的能带结构、能量传递及发光机理。在硅酸盐中成功引入硫发光中心后,犹如打开了新世界的大门,发现其在白光LED应用中展现出巨大潜力。

通过优化矿物的晶体结构和掺杂稀土离子,科研团队制备出的发光材料能够发出显色指数高且接近自然光的白光,为解决传统白光LED显色指数不足、色温调节困难等问题提供了新的思路。

想象一下,在未来的显示屏若能利用新疆矿物的发光原理,将呈现出更加鲜艳、逼真的色彩,为我们带来前所未有的视觉体验。

随着科技的快速发展,矿物发光得到更广泛的关注,新疆矿物的研究之旅,是一场探索自然奥秘、追逐科技进步的征程。它不仅让我们看到了新疆矿物的无限潜力和价值,更为众多领域的发展带来了新的希望和机遇。

相关链接

新疆发光矿物与光功能材料研究自治区重点实验室简介:

该实验室依托新疆师范大学物理与电子工程学院,是全疆唯一长期专注于天然矿物发光及特性研究、光电功能的专业实验室。重点实验室总占地面积约1300平米,配备先进仪器设备140余台,总价值约1600万元。实验室服务新疆“十大产业集群”产业中的新能源新材料、绿色矿业产业集群,是全疆唯一长期从事天然矿物发光及特性研究、光电功能的专业实验室。围绕自治区优势矿产资源综合利用展开基础研究工作,为加快新疆及邻区优势矿产资源开发和转化提供导向与支撑。实验室开展基于新疆特色矿产资源的光功能材料、复合光功能材料等基本科学问题与关键技术研究,运用发光学和光谱学的基本理论和研究方法,结合新材料、新应用、新技术与新需求,探索性能优异的可用于照明、显示等应用领域光功能材料。目前,实验室已在天然矿物材料的发光特性研究(特色方向)、复合光功能材料的开发及应用(重点方向)、材料微结构及发光动力学研究(技术与理论支撑方向)三个研究方向形成了自己的研究特色。实验室三个研究方向支撑物理学一级学科下的光学、理论物理和凝聚态物理三个二级硕士学位点以及化学一级学科博士点下的物理化学二级博士学位点建设。

免责声明：市场有风险，选择需谨慎！此文仅供参考，不作买卖依据。

责任编辑：kj005

文章投诉热线:157 3889 8464  投诉邮箱:7983347 16@qq.com