在发现30周年之际发现的突出夜光涂料的秘密

NDSU计算辅助科学和技术中心和物理系的研究人员发现了是什么让突出的油漆在黑暗中发光数小时。研究结果发表在一篇题为“Eu掺杂SrAl的缺陷和持续发光”的论文中2O4》，发表在《物理评论应用》杂志上。

“这个故事真正开始于12年1993月<>日，当时日本Nemoto and Co. Ltd.的研究人员成功开发了一种新材料，可以在黑暗中多次重新发出极其明亮的绿光，”该论文的作者Khang Hoang说。“他们的发现催生了一个令人兴奋且快速增长的持续发光科学研究时代 - 一种物理现象，其中材料在光源关闭后很长一段时间内重新发光。

该材料是铝酸锶，含有少量稀土元素铕和镝，它们在其他完美的晶体中充当缺陷(原子级缺陷)。荧光粉已被用作各种应用的夜光油漆和涂料中的颜料。正是这种材料使手表的指针、表盘和标记在黑暗中发光，并以 LumiNova、Super-LumiNova 和 LumiBrite 等品牌销售。

在过去的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，其余晖背后的科学细节仍然是个谜。新的持久性荧光粉也被发现，但Nemoto发明的材料仍然是市场上最好的荧光粉。

“众所周知，铝酸锶中的铕是发射绿光的原因，”Hoang解释说。“在吸收光子(光)时，稀土离子中的电子从一个能级被激发到另一个更高的能级。然后，激发的电子可以与留下的空穴(没有电子)重新结合，并发射出具有绿色光谱能量的光子。

为了延迟光的发射，除了铕之外，还必须存在其他类型的缺陷。在适当的能级下，这些缺陷在激发的电子与空穴重新结合之前捕获它们，并且仅在热刺激下逐渐释放它们。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。“因此，持久性荧光粉是可充电的光学电池，类似于手机或笔记本电脑中的锂离子电化学电池，可以储存能量以供以后使用，”Hoang说。

基于复杂的量子力学计算，Hoang确定了导致材料中观察到的持续发光的特定缺陷。事实证明，占据原子结构中“错误”位点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，这会导致明亮而持久的光发射。研究中开发的计算方法和见解将有助于设计新的或改进的持久性荧光粉用于实际应用。

Hoang将他的项目的成功在很大程度上归功于NDSU可用的计算设施。最近增加和随后升级的新超级计算集群大大提高了大学的研究能力。对该集群的主要支持来自美国国家科学基金会通过主要研究仪器拨款，Hoang是其中的主要研究人员之一，以及美国救援计划法案基金。“如果没有这些尖端设施，我的研究和许多其他人的研究是不可能的，”Hoang说。

Hoang是一位物理学家，其研究兴趣是物理，化学和材料科学的交叉领域。他被列入斯坦福大学的顶尖科学家名单，并在 100 年跻身世界研究影响力排名前 000，2020 位科学家之列。他目前的工作包括设计量子信息、光子学、光电子学和能源应用的材料。

作为CCAST的研究促进者，Hoang为其他研究人员提供有关超级计算在各个研究领域的应用的建议，并提供高级研究计算方面的教育和培训。通过CCAST的培训和实习计划，他每年在NDSU和北达科他州的其他机构以及当地的Fargo-Moorhead地区培训200多名学生，教职员工和教职员工。