Wetenschappers van de Universiteit van Turku, Finland, hebben de oorsprong van de gloed ontdekt in het natuurlijke mineraal dat in het donker witte luminescentie genereert. Door natuurlijke mineralen te bestuderen, belangrijke nieuwe kennis kan worden opgedaan voor de ontwikkeling van betere kunststoffen.

Glow-in-the-dark materialen, of materialen met een nagloeiing, zijn bij iedereen bekend in ieder geval van de zelfverlichte nooduitgangsborden. Materialen met een nagloeiing worden ook voor diverse andere doeleinden gebruikt, zoals biobeeldvorming.

"De materialen die momenteel worden gebruikt zijn allemaal synthetisch, en, bijvoorbeeld, het materiaal met de bekende groene nagloeiing krijgt zijn gloed van een element dat europium wordt genoemd. De moeilijkheid met dit soort materialen is dat hoewel het gewenste element dat luminescentie afgeeft eraan kan worden toegevoegd, hun nagloei-eigenschappen kunnen niet worden voorspeld, " merkt universitair docent Mika Lastusaari op, het hoofd van fotonica-onderzoek bij de onderzoeksgroep Inorganic Materials Chemistry aan de Universiteit van Turku.

Er zijn ook enkele natuurlijke mineralen die kunnen nagloeien. Een voorbeeld van zo'n mineraal is hackmaniet dat kan worden gevonden in Afghanistan, Groenland, Canada en Pakistan. Echter, alle hackmanites zijn niet in staat om in het donker te gloeien.

"We hebben veel onderzoek gedaan met synthetische hackmanieten en hebben een materiaal kunnen ontwikkelen met een nagloeiing die duidelijk langer is dan die van natuurlijke hackmaniet. de omstandigheden die de luminescentie beïnvloeden waren tot nu toe onduidelijk, ", legt postdoctoraal onderzoeker Isabella Norrbo van de onderzoeksgroep uit.

"De natuur heeft veel ervaring met het optimaliseren van mineralen, daarom hebben we natuurlijke hackmanieten gebruikt om het nagloei-effect te bestuderen, ", vult promovendus Sami Vuori van de onderzoeksgroep aan.

Natuurlijke mineralen bevatten vaak complexe samenstellingen en nogal grote verschillen in samenstelling, afhankelijk van de omstandigheden waarin ze zijn gevormd.

"Het optimaliseren van natuurlijke materialen geeft ons de mogelijkheid om te ontdekken hoe hackmanites de meest effectieve gloed genereren, ", zegt promovendus Cecilia Agamah.

Titanium laat Hackmanite gloeien

Het onderzoek is uitgevoerd als een internationale samenwerking tussen wetenschappers uit verschillende vakgebieden. Naast chemici, bij het onderzoek waren mineralogen betrokken, geologen, natuurkundigen, een statisticus en wetenschappers gespecialiseerd in het modelleren van materiaaleigenschappen.

“Door deze uitgebreide samenwerking, kwamen we tot de conclusie dat de meest centrale elementen achter de gloed van natuurlijk hackmaniet zwavel zijn, potassium, titanium en ijzer, en de juiste balans van hun concentraties, ' zegt Mika Lastusaari.

Door experimentele en computationele gegevens te combineren, de studie slaagde erin te bewijzen dat titanium gloeit in de kern van hackmanite, en het nagloeien is gerelateerd aan de overdracht van elektronen in de geleidingsband.

"Met deze resultaten we hebben waardevolle informatie verkregen over de omstandigheden die de nagloeiing van hackmanites beïnvloeden. Ook al heeft de natuur dat niet, in dit geval, in staat zijn geweest om een ​​materiaal te vormen met een gloed die even effectief is als in synthetische materialen, de natuur heeft aanzienlijk bijgedragen aan de ontwikkeling van steeds effectievere gloeiende materialen, " legt Lastusaari uit.