突出的夜光涂料的秘密在其发现30周年之际被揭开
发布时间：2023-03-03 08:00:00 阅读数： 53
NDSU计算辅助科学技术中心和物理系的一名研究人员发现了使一种突出的涂料在黑暗中发光数小时的原因。这些发现在一篇题为 "Eu掺杂的SrAl2O4中的缺陷和持续发光 "的论文中报告，发表在《物理评论应用》杂志上。
"这个故事真正开始于1993年3月12日，当时日本Nemoto and Co. 该论文的作者Khang Hoang说："故事真正开始于1993年3月12日，当时日本Nemoto and Co.的研究人员成功地开发了一种新材料，在黑暗中的许多小时内重新发出极其明亮的绿色光，"。"他们的发现催生了一个令人兴奋的、迅速增长的持久性发光科学研究时代--一种材料在光源关闭后长时间内重新发光的物理现象"。
这种材料是铝酸锶，含有少量的稀土元素铕和镝，它们在原本完美的晶体中充当缺陷（原子级的不完美）。荧光粉已被用作发光油漆和涂料中的颜料，用于各种用途。它是使手表的指针、表盘和标记在黑暗中发光的材料，在市场上有LumiNova、Super-LumiNova和LumiBrite等品牌名称。
在过去30年里，许多其他研究人员对这种材料进行了深入研究。然而，其余辉背后的科学细节仍然是个谜。新的持久性荧光粉也已经被发现，但内本发明的材料仍然是商业上最好的荧光粉。
"众所周知，铝酸锶中的铕是负责发射绿光的，"Hoang解释说。"在吸收光子（光）时，稀土离子中的电子被从一个能级激发到另一个更高的能级。然后，被激发的电子可以与已经留下的空穴（没有电子）重新结合，并发射出具有绿色光谱能量的光子。"
要想有延迟的光发射，除了铕之外，还必须有其他类型的缺陷存在。在合适的能量水平下，这些缺陷在激发的电子与空穴重新结合之前将其捕获，并在热刺激下才逐渐释放。捕获和释放可以发生很多次，整个光吸收和再发射过程也是如此。"Hoang说："因此，持久性荧光粉是可充电的光学电池，类似于你手机或笔记本电脑中的锂离子电化学电池，可以储存能量供以后使用。
基于复杂的量子力学计算，Hoang确定了特定的缺陷，这些缺陷是在该材料中观察到的持续发光的原因。事实证明，在原子结构中占据 "错误 "位置的额外锶离子可以捕获和释放电子。然而，有意引入的镝缺陷是更好的电子陷阱，这导致了明亮和持久的光发射。该研究中的计算方法和洞察力将有助于设计新的或改进的持久性荧光粉的实际应用。
Hoang将其项目的成功在很大程度上归功于NDSU现有的计算设施。最近增加和随后升级的新的超级计算集群极大地提高了该大学的研究能力。该集群的主要支持来自于国家科学基金会的主要研究仪器拨款，Hoang是该拨款的主要研究者之一，以及美国救援计划法案的资金。"如果没有这样的尖端设施，我的研究和其他许多人的研究是不可能的，"Hoang说。
Hoang是一位物理学家，他的研究兴趣是物理学、化学和材料科学的交汇点。他被列入斯坦福大学的顶级科学家名单，并在2020年被列为世界上研究影响力最大的10万名科学家之一。他目前的工作涉及为量子信息、光子学、光电子学和能源应用设计材料。
作为CCAST的研究促进者，Hoang为其他研究人员提供关于超级计算在各个研究领域的应用的建议，并提供先进研究计算的教育和培训。通过CCAST的培训和实习计划，每年他为NDSU以及北达科他州和当地Fargo-Moorhead地区的其他机构的200多名学生、员工和教师提供培训。
更多信息: Khang Hoang, Defects and Persistent Luminescence in Eu -Doped SrAl2O4, Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.024060
