Forskare vid Åbo universitet, Finland, har upptäckt ursprunget till glöden i det naturliga mineralet som genererar vit luminescens i mörkret. Genom att studera naturliga mineraler, betydande ny kunskap kan erhållas för utveckling av bättre syntetiska material.

Material som lyser i mörkret, eller material med efterglöd, är kända för alla åtminstone från de självupplysta nödutgångsskyltarna. Material med efterglöd används också för olika andra ändamål, såsom bioavbildning.

"De material som används för tillfället är alla syntetiska, och, till exempel, materialet med det välbekanta gröna efterskenet får sin glöd från ett grundämne som kallas europium. Svårigheten med denna typ av material är att även om det önskade elementet som avger luminescens kan läggas till dem, deras efterglödsegenskaper kan inte förutsägas, " konstaterar universitetslektor Mika Lastusaari, chefen för fotonikforskningen vid forskargruppen för kemi i oorganiska material vid Åbo universitet.

Det finns också några naturliga mineraler som kan efterglöda. Ett sådant mineral är hackmanit som finns i Afghanistan, Grönland, Kanada och Pakistan. Dock, alla hackmaniter är inte kapabla att lysa i mörker.

"Vi har bedrivit mycket forskning med syntetiska hackmaniter och har kunnat utveckla ett material med en efterglöd som är klart längre än naturlig hackmanit. förhållandena som påverkar luminescensen har hittills varit oklara, " förklarar postdoktor Isabella Norrbo från forskargruppen.

"Naturen har lång erfarenhet av att optimera mineraler, det är därför vi använde naturliga hackmaniter för att studera efterglödseffekten, ", tillägger doktorand Sami Vuori från forskargruppen.

Naturliga mineraler innehåller ofta komplexa sammansättningar och ganska stora sammansättningsskillnader beroende på de förhållanden de bildades under.

"Att optimera naturmaterial ger oss en möjlighet att upptäcka hur hackmaniter genererar den mest effektiva glöden, säger doktorand Cecilia Agamah.

Titan får Hackmanite att lysa

Studien genomfördes som ett internationellt samarbete mellan forskare från olika områden. Förutom kemister, studien involverade mineraloger, geologer, fysiker, en statistiker och vetenskapsmän specialiserade på modellering av materialegenskaper.

"Genom detta omfattande samarbete, vi kunde komma till slutsatsen att de mest centrala elementen bakom glöden av naturlig hackmanit är svavel, kalium, titan och järn, och den korrekta balansen av deras koncentrationer, säger Mika Lastusaari.

Genom att kombinera experimentell och beräkningsdata, studien lyckades bevisa att titan lyser i kärnan av hackmanit, och efterglödningen är relaterad till överföringen av elektroner i ledningsbandet.

"Med dessa resultat, vi fick värdefull information om de förhållanden som påverkar efterglöden av hackmaniter. Även om naturen inte har det, I detta fall, kunnat bilda ett material med en glöd som är lika effektiv som i syntetiska material, naturen har bidragit avsevärt till utvecklingen av allt mer effektiva glödande material, " förklarar Lastusaari.