再談奇特的「夜明珠」

再談奇特的「夜明珠」
 

Illumin Synthetic Material Is Adopted to Gems

合成發光材料

隨著科技的廣泛被運用在生活的各個層面

珠寶市場上也不斷出現新的素材

挑戰著珠寶鑑定從業人員

「夜明珠」一直以來就是市場不滅的話題

近來更新、色彩更多且發光

更持久的發光材料

不但用在珠子上;也用在玉珮、

手鐲等珠寶飾品

消費者不可不察

鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Zd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(yb)、鎦(Lu)。這些奇怪的字,或許我們不曾看過,要逐字唸出來可就更困難了,它們是化學元素中最大一族—稀土族,在天然產出的八十三個元素中,稀土元素占大約五分之一。

「稀土」一詞源於芬蘭化學家John Gadolin。1787年瑞典人C.A.Arrhenius從斯德哥爾摩附近的伊脫比地區礦工手中得到一塊比重大、外觀像瀝青的礦石,然後輾轉到Gadolin手裡,於1794年分離出一種白色物質,經仔細分析證明含有從未曾有的元素----釔(以Y2O3存在,即釔土,因極為稀有而命名稀土,後來代表化學元素表中其中一類的元素稀土元素。

稀土元素應用非常廣泛,在傳統產業中可用於冶金、玻璃陶瓷、石化工業、印染工業及農林業等,也應用於磁性材料、貯氫材料、發光材料、汽車廢氣淨化、功能陶瓷等高科技產業。涉及範圍廣大,實非我們可以想像。但與珠寶行業相關嗎?相關!有關係!從四、五年前出現的夜明珠、發光戒面,至今的發光玉珮、發光手鐲、發光手珠等,種類越來越多;樣式也更精緻,發光顏色更多,發光時間更長。

發光材料的演進在二十世紀六○年代,市場上就出現以硫化鋅為基材的夜光粉、夜光塑膠品,但是發光強度低時間也不長;後來也出現將夜光粉塗在寶石底層、側邊、表層的處理方式,但同樣也有低強度短時間耐久性不佳的缺點,九○年代也出現將夜光粉混合樹脂塗沾於飾品、寶石上面,改善了發光強度及時間,但硬度低易磨損拋光度也低。七○年代之前,合成的發光材料大都為硫化物,因發光時間短,為了增長時間提高發光亮度,需添加放射性同位素如Co(鈷)、Pm(鉅)元素等,賦於自發光性能。其他或有矽酸鹽類、鹼土碳酸鹽、鹼土磷酸鹽出現,但效能差。雖然有些論文論述鋁酸鹽類化合物的發光材料,但是到了九○年代以後,才陸續出現蓄光性優於硫化物的鋁酸鹽系列的蓄能發光材料。除了發光強度的增強、發光時間增長的優異性外,單指時間一項其發光時間就可達三十小時以上,其他如硬度、耐濕、耐熱、耐酸、耐輻射……等待性的優異,更非我們可想像。而後,為了提高耐水性、耐紫外線輻射、長發光時間、發光顏色多樣性,陸續有人朝高效能矽酸鹽類發光材料研究發展,而有不錯成效。
 

發光材料發光的原理

發光材料是在合成過程時,所形成晶體的晶格堶捲ㄔ肵妘插A因這些結構缺陷或雜質缺陷,才促使這種材料具有發光性。結構缺陷是晶格點間產生空位和離子,也可稱晶格缺陷,而這種因晶格缺陷產生的發光叫作「自我激化發光」。若在合成的過程中在基本材料加入某些元素,這些元素離子進入基材的晶格中就形成雜質缺陷,這類缺陷引起的發光就稱為「激化發光」,加入的元素就叫作激化劑,也叫作發光中心。現今實際應用的各類發光材料大多是激化劑類型的發光材料。


長發光時間發光材料的發光顏色及時間

長發光時間材料成分   發光顏色   發光波長mm   發光時間/min

CaAI204:Eu+2,Nd+3    紫藍     440        >1000

SrAl204:Eu+2       黃綠     520        >2000

SrAl204:Eu+2,Dy+3     黃綠     520        >2000

Sr4Al14025:Eu+2,Dy+3   藍綠     490        >2000

SrAl407:Eu+2,Dy+3     藍綠     480        ≒80

SrAl12019:Eu+2,Dy+3    藍紫     400        ≒140

BaAl204:Eu+2,Dy+3     藍紫     496        ≒120
 

1946年,Forelish發現以鋁酸鹽為基材的發光材料SrA1204:Eu+2,經過太陽光的照射後,可發出400~520nm波長的可見光,六十年代和七十年代,大多數以Eu+2激化的發光材料發光的時間短,1975年BJIaHK發表ma1204:Eu+2(M=Ca、Sr、Ba)具有長發光時間的特性,引起廣泛的注意與興趣,利用稀土元素為激化劑,鹼土金屬鋁酸鹽為基材的發光材料成為研發重點。以Eu+2為主要激化劑,Dy+3和Nd+3等中重的稀土離子為輔助激化劑,如SrAl204:Eu+2;SrAl204:Eu+2,Dy+3和Sr4All4025:Eu+2,Dy+3;CaAl204:Eu+2,Nd+3等都是長發光時間、高亮度的發光材料,發出的光從藍色至綠色,波長範圍從440nm~520nm。


解開夜明珠發光之謎

我們實驗室從四年前接受委託鑑定所謂「夜明珠」、夜光戎面…等,除了少數發光非常微弱,綠色夾雜紫色多紋路的天然「夜明珠」------螢石外;大多數都是外觀顏色呈黃綠色或淡黃白的球體、旦形戒面,而陸續有雕刻的璧形珮、手鐲及小珠串成的手鍊。發光的顏色大部分是黃綠色,據實際觀察,發光實施從五小時至八小時不止,而後也發現發光顏色為紫色及藍色,顯微放大檢測這些夜光產品,都呈小顆粒狀聚合的結構;相對硬度大約為六度左右,折射率點測值1.65~1.67,比重約為3.56!3.70左右,材料分析結果主要應為SrAL204:Eu+2及SrAL204:Eu+2,Dy+3。有些文獻記載發光顏色有紅色、黃色、綠色、橙色,相信不久市場上可以見得到,而且外觀造形會更是多樣化,甚至這些材料出現在其他周遭領域的機會會多很多,大家不仿多注意。

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