在其发现30周年之际揭开著名夜光涂料的秘密

NDSU计算辅助科学技术中心和物理系的一名研究人员发现了是什么让一种突出的油漆在黑暗中发光数小时。发表在《应用物理评论》杂志上的一篇题为“掺杂Eu的SrAl2O4中的缺陷和持久发光”的论文中报告了这些发现。

“故事真正开始于1993年3月12日，当时日本NemotoandCo.Ltd.的研究人员成功开发出一种新材料，可以在黑暗中数小时内重新发出极其明亮的绿光，”纸。“他们的发现催生了一个激动人心且快速发展的持久发光科学研究时代-一种材料在光源关闭后很长一段时间内重新发光的物理现象。”

该材料是铝酸锶和少量稀土元素铕和镝，它们在原本完美的晶体中充当缺陷(原子级缺陷)。磷光体已被用作各种应用的发光油漆和涂料中的颜料。这种材料使手表的指针、表盘和时标在黑暗中发光，并以LumiNova、Super-LumiNova和LumiBrite等品牌名称销售。

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，其余辉背后的科学细节仍然是个谜。还发现了新的持久性荧光粉，但根本发明的材料仍然是市售的最好的荧光粉。

“众所周知，铝酸锶中的铕是发出绿光的原因，”Hoang解释道。“在吸收光子(光)后，稀土离子中的电子从一个能级激发到另一个更高能级。然后，被激发的电子可以与留下的空穴(没有电子)重新结合并发射光子能量在绿色光谱中。”

要延迟发光，必须存在除铕以外的其他类型的缺陷。在合适的能级下，这些缺陷会在激发的电子与空穴复合之前捕获它们，并且只能在热刺激下逐渐释放它们。捕获和释放可以发生多次，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，可以储存能量供以后使用，”Hoang说。

基于复杂的量子力学计算，Hoang确定了导致在材料中观察到的持久发光的特定缺陷。事实证明，在原子结构中占据“错误”位置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，可导致明亮且持久的发光。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以用于实际应用。

NDSU计算辅助科学与技术中心和物理系研究员KhangHoang为美国物理学会的PhysicalReviewApplied撰写了一篇研究论文。图片来源：北达科他州立大学

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。新的超级计算集群最近的加入和后续升级显着提高了大学的研究能力。该集群的主要支持来自国家科学基金会通过一项主要研究仪器拨款，其中Hoang是主要研究人员之一，以及美国救援计划法案基金。“如果没有这样的尖端设施，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，其研究兴趣涉及物理、化学和材料科学的交叉领域。他被列入斯坦福大学的顶级科学家名单，并被评为2020年全球研究影响力前100,000名科学家之一。他目前的工作涉及为量子信息、光子学、光电子学和能源应用设计材料。

作为CCAST的研究促进者，Hoang就超级计算在各个研究领域的应用向其他研究人员提供建议，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和北达科他州以及当地Fargo-Moorhead地区的其他机构培训200多名学生和教职员工。