Блог

Jul 10, 2023

Этот странный камень естественным образом светится в темноте, и теперь ученые выяснили, как это сделать

Послесвечение минерала хакманита (или тенебресцирующего содалита) — это увлекательное природное явление, которое долгое время оставалось загадкой для учёных, даже если сейчас мы способны создавать синтетические вещества.

Послесвечение минерала хакманита (или тенебресцентного содалита) — это захватывающий природный феномен, который долгое время был загадкой для ученых, даже если сейчас мы можем создавать синтетические материалы, которые светятся в темноте более эффективно, чем что-либо в природе.

Геологи впервые описали этот минерал в 1800-х годах, они были заинтригованы его способностью мягко светиться ярко-розовым оттенком, если его разбить или положить в темноту, и потерять его на свету. Более поздние исследования позволили сузить химию этой характеристики, но точная природа реакции оказалась неуловимой.

Теперь новое исследование показывает, как именно определенные типы хакманита сохраняют часть своего свечения при переходе от яркого к темному освещению. Ключом к успеху является тонкое взаимодействие природных примесей минерала, определяемое тем, как он образовался.

Лучшее понимание того, как хакманит может излучать белую люминесценцию в темноте, поможет ученым разработать собственные синтетические материалы, способные светиться в темноте без какого-либо источника энергии, как, например, на знаках аварийного выхода.

«Мы провели множество исследований с синтетическими хакманитами и смогли разработать материал с послесвечением, заметно более продолжительным, чем у природного хакманита», — говорит химик по материалам Изабелла Норрбо из Университета Турку в Финляндии.

«Однако условия, влияющие на люминесценцию, до сих пор неясны».

Сочетание экспериментальных и расчетных данных было изучено, чтобы определить, что концентрации и баланс серы, калия, титана и железа имеют наиболее важное значение, когда дело касается послесвечения, испускаемого хакманитом.

В частности, было обнаружено, что титан действительно светится, а само свечение обеспечивается за счет переноса электронов.

Однако одной концентрации титана недостаточно для создания люминесценции, требуется также правильное сочетание других элементов.

Исследователи утверждают, что благодаря такого рода исследованиям синтетические материалы можно улучшить, сделать более эффективными и надежными, даже если природа не сможет сравниться с силой свечения, которую можно создать в лаборатории.

«Все материалы, используемые в настоящее время, являются синтетическими, и, например, материал со знакомым зеленым послесвечением получает свое свечение от элемента под названием европий», — говорит химик по материалам Мика Ластусаари из Университета Турку.

«Сложность с материалами такого типа заключается в том, что даже если к ним можно добавить желаемый элемент, излучающий люминесценцию, их свойства послесвечения невозможно предсказать».

В исследовании использовались образцы хакманита из Гренландии, Канады, Афганистана и Пакистана, а международная команда химиков, минералогов, геологов, физиков, статистиков и других ученых участвовала в выяснении того, что именно происходит со свечением хакманита.

Частично загадкой было то, почему некоторые хакманиты светятся, а другие нет, но путем тщательного сравнения различных образцов команда смогла обнаружить необходимое сочетание оранжевой фотолюминесценции (превращающей поглощенные фотоны в свет) и стойкой синей люминесценции. (испускание света без нагревания) и фиолетовый фотохромизм (форма химического превращения, вызванная электромагнитным излучением).

Это сложная смесь природных элементов и химических реакций, но в результате должны появиться более качественные синтетические материалы, способные соответствовать такому свечению. С точки зрения материаловедения важно не только то, насколько яркое свечение, но и то, как долго оно длится.

«Благодаря этим результатам мы получили ценную информацию об условиях, влияющих на послесвечение хакманитов», — говорит Ластусаари.

«Хотя природа в данном случае не смогла создать материал со свечением, столь же эффективным, как синтетические материалы, природа значительно помогла в разработке все более эффективных светящихся материалов».

Исследование опубликовано в журнале Chemistry of Materials.