Вечерното сияние на минерала хакманит е впечатляващ естествен феномен, който дълго време бе мистерия за учените, въпреки че днес сме способни да създадем синтетични материали със същата способност, които са по-ефективни от всичко, което може да се срещне в природата.
За първи път геолози описват минерала в началото на 19-и век. Те са били впечатлени от способността му да излъчва ярък розов оттенък, когато се счупи или се намира на тъмно, но изчезва, когато е на светло. По-късни изследвания установяват химическия му състав, но точното естество на реакцията остава без обяснение.
Сега ново проучване показва как определени видове хакманити запазват част от сиянието си, докато биват преместени от по-ярки в по-тъмни помещения. Ключът се крие в деликатното взаимодействие между примесите на минерала, които се определят от начина, по който се е образувал.
Ако успеем да разберем по-добре как хакманитът може да излъчва бяла луминесцентна светлина в тъмни условия, ще можем да разработим свои собствени синтетични материали, които сияят в тъмното без какъвто и да било източник на енергия. Те биха могли да намерят приложение върху знаци, обозначаващи изхода при бедствени ситуации.
„Проведохме множество проучвания със синтетични хакманити и успяхме да създадем материал, сияещ в тъмното много по-дълго от естествения хакманит - казва материалният химик Изабела Норбо от университета „Турку“ във Финландия. – Условията обаче, оказващи влияние на луминесценцията, бяха неясни до този момент.“
С помощта на експериментални и изчислителни данни учените определят, че концентрациите и балансът на сярата, калият, титана и желязото играят ключова роля за сиянието, излъчвано от хакманита.
В частност – елементът, който реално свети, е титанът. Той се „захранва“ от трансфера на електрони.
Концентрациите на титана обаче сами по себе си не са достатъчни, за да се създаде тази луминесценция. Необходима е правилната смесица от елементи.
Според изследователите синтетичните материали могат да бъдат подобрени и направени много по-ефективни и надеждни именно посредством подобни проучвания. Дори самата природа не може надмине сиянията, създадени в лабораторни условия.
„Всички материали, използвани в момента, са синтетични. Например този, излъчващ добре познатото зелено сияние, се получава от елемент, наречен европий – казва материалният химик Мика Ластусари от университета „Турку“. – Проблемът с този тип материали е, че макар и да можем да добавим към тях необходимите елементи, способни на луминесценция, самите свойства на сиянието не могат да бъдат предугадени.“
За целта на проучването са били използвани образци от хекманити, взети от Гренландия, Канада, Афганистан и Пакистан. Те са били анализирани от международен екип от учени, съставен от химици, минералолози, геолози, физици, статистици и др.
Част от мистерията е защо някои хакманити сияят в тъмното, а други не. Посредством внимателно съпоставяне на различните проби обаче екипът успява да открие необходимата смесица от оранжева фотолуминесценция (превръщаща абсорбираните фотони в светлина), устойчива луминесценция (излъчваща светлина без нагряване) и лилав фотохромизъм (форма на химическа трансформация, предизвикана от електромагнитната радиация).
Това е сложна смесица от елементи и химически реакции, но крайният резултат ще ни позволи да създадем по-добри синтетични сияещи материали. Що се отнася до материалната наука, това е важно не само за яркостта на луминесценцията, но и за нейната трайност.
Изследването е публикувано в Chemistry of Materials.
