磷光,指的是停止外界光刺激后仍然可以发光的光。磷光材料可应用于很多领域,比如我们熟悉的夜光玩具、安全标识、防伪标识、信息加密和生物成像等。磷光发射涉及分子内部的能量转移,所以在低温下现象更明显,在-196.15℃的环境中我们可以观察到很多发光材料的磷光发射。但到了室温,就不那么容易见到了。

为了更好地应用磷光,科学家需要尽可能延长室温磷光的时间。可喜的是,2024年5月,中国科学院的研究团队成功制备出了具有从蓝色到绿色的多色超长室温磷光发射的碳化聚合物纳米点材料。它被称为新型“夜明珠”材料,肉眼可见的磷光余辉最长达49秒,并且具有出色的抗光漂白性。

“夜明珠”是什么?“室温磷光”又是怎么回事?二者之间有怎样的联系?

夜明珠的神秘之处

夜明珠是一种能在夜间连续发光的宝珠,曾与“和氏璧”相提并论,同曰“天下名器”。夜明珠还是财富和权力的象征。相传秦始皇将夜明珠安放于陵墓中,以充当永恒的灯火;慈禧太后下葬时将夜明珠含于口中,以期尸身不朽。

通常,根据余辉的长短可将发光分成两类:荧光和磷光。物理原理都是物质吸收外界能量转化为光。夜明珠之所以能在黑夜发光,是因为它所含的物质发生了磷光现象。

发生磷光现象的物质一定是磷吗?

其实,“磷光材料”与磷并没有直接关系。

磷光现象最早被发现在自然界中的某些矿物和生物体中。1603年,意大利的一个鞋匠发现了一种含有硫酸钡的石头,经阳光照射后移到暗处还能继续发光;1845年,英国皇家学会的赫歇尔(Herschel)报道硫酸奎宁溶液经日光照射后发射出强烈的光。1944年,路易斯(Lewis)和卡莎(Kasha)阐明分子中长寿命的发光是来自三重态激子的发光。至此,人们才对磷光原理略知一二。目前,大多数室温磷光材料都含有贵金属。

而磷的发现,是1669年,德国炼金术士波兰特(Hen-ning Brand)在炼金过程中意外发现了磷,这使他成为发现磷元素的第一人。

大家熟知的“鬼火”,就是磷在作怪。

在一片漆黑幽静的坟地,微弱的火光忽隐忽现,让人不寒而栗。古时候,人们认为“鬼火”是鬼点的火,或者是人死后游荡的灵魂。其实,这是因为人体骨骼中和动植物尸体内含有丰富的磷,磷在躯体腐烂后转化为磷化氢。磷化氢燃点很低,它沿着地下裂缝或孔洞分散到空气中便会燃烧,产生蓝色或绿色的火焰。西汉炼丹家刘安在《淮南子》中写道:“老槐生火,久血为磷”,描述的就是磷的自燃现象。

典故里的光:囊萤映雪的科学原理

“囊萤映雪”讲的是晋朝两个寒门学子刻苦读书的故事。“囊萤”故事的主人公车胤,每天晚上用萤火虫的光照着书本学习。“映雪”故事的主人公孙康,在雪地里映着雪光读书。这两个耳熟能详的励志故事真的可以实现吗?

研究发现,需要100只以上的萤火虫,才能照亮书本上的字。捉100个萤火虫不难,但借着萤火虫的光看书就难了。因为萤火虫的光是一闪一闪的,而且没有规律可言。在如此不稳定的光源下看书,瞳孔为了让眼睛适应,时刻需要调节焦距,过一会儿眼睛就会很疲惫。所以,“囊萤”的故事虽然可以实现,但很难坚持。“映雪”的故事跟“囊萤”差不多,都是精神可嘉但难以为继。

科学家发现,萤火虫体内含有荧光酵素和荧光酶两种物质,它们相互作用发生氧化而放出冷光。把人工合成的荧光酵素涂在墙壁上,会出现奇妙的“发光墙”。科学家还研究了矿物或岩石在特殊情况下发光的原理,人工制造出能发荧光和磷光的物质,并制造出“夜光书”“夜光鞋”等。

科学小实验:第四套人民币的防伪技术——荧光

我国现在使用的法定货币是人民币。人民币在纸张、油墨和印刷技术上都应用了先进的防伪技术。昏暗的环境中,在紫外线照射下,第四套人民币的某些部位会发出特殊的荧光效果,包括“金光闪闪”“绿光闪闪”等。这些荧光效果不仅增强了纸币的防伪性能,而且使其更具观赏性和艺术价值。如果你家中有能发出紫外线的设备,不妨试一试。

第一步:将人民币放在较暗的环境里,或关闭室内光源;

第二步:打开紫外线灯,用紫外线光照射人民币;

第三步:缓慢移动紫外线灯,改变照射区域,可以看到纸币内的荧光图案或荧光数字。