光致变色天然白色方钠石宝石学和光谱学特征探究

作     者：剡晓旭 岳素伟 苏绿曼 王志文 YAN Xiao-xu;YUE Su-wei;SU Lü-man;WANG Zhi-wen

作者机构：广州城市理工学院珠宝学院广东广州510800 广州城市理工学院珠宝研究所广东广州510800 

基　　金：国家自然科学基金项目(41403032) 广东省教育厅特色科研类项目(CQ180002) 广州城市理工学院优博项目(YB1700001) 广东省科技创新战略专项资金项目(pdjh2021b0676) 广州城市理工学院设计艺术学学科建设项目(Q190025)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2021年第41卷第12期

页      码：3936-3941页

摘      要：方钠石为似长石类矿物,常作为无机光致变色材料广泛应用于建筑、照明和放射量测定等领域。高品质方钠石宝石以其迷人的光致变色效应为大众熟知,并得到消费者认可,价格也不断攀升。因天然宝石级方钠石的宝石学特征和光致变色机理研究较薄弱,为鉴定提供理论依据并探究其变色机制,特选取具光致变色效应的天然白色方钠石分别进行UVA(365nm)和UVC(254 nm)紫外光致变色实验,并结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和电子顺磁共振波谱(EPR),探讨其光致变色机理。紫外光辐照实验显示,天然白色方钠石具有橙粉色-橙红色荧光,受UVA紫外光辐照5分钟变为紫红色,可维持1~2 min,使用白光(700~400 nm)照射可以快速褪至初始白色;受UVC紫外光辐照,紫色调浓度持续加深且产生持久稳定的光致变色;初始白色样品紫外荧光强度明显强于光致变色后紫红色样品。FTIR吸收光谱指示,5250 cm^(-1)处强吸收峰归属于H 2O的弯曲振动与伸缩振动的组合吸收,证实存在结晶水;4698和4555 cm^(-1)两处弱吸收峰与金属阳离子(M)和O—H相互吸引而成的面外弯曲振动γ(M—OH)有关(M=Mg^(2+),Na^(+),K^(+),Al^(3+));1002 cm^(-1)处强吸收峰与标准方钠石吸收特征相比,向高波数偏移约20 cm^(-1),指示硅氧四面体结构中AlⅣ含量减少,结合EPR波谱结果认为上述现象可能由Mn^(2+)和Ti 3+替换AlⅣ—O四面体结构所致,并分别形成以3511 G(g=2.002)处为中心的多条超精细谱线及3573 G(g=1.967)处单一谱线。UV-Vis和EPR谱指示,白色方钠石短波紫外产生持续光致变色产生的主要原因是,因S 2-2替代Cl-导致体系存在部分Cl缺失(空位V Cl)来平衡电价,S 2-2受紫外线激发分解:S 2-2→S-2+e-,e-进入导带而被V Cl捕获形成色心,位于色心的电子转变为激发态而产生539 nm宽吸收带,伴有向紫外区的拖尾增强吸收,导致样品呈紫红色,EPR 3480 G(g=2.02)处单一谱峰可作为判别依据。

主 题 词：白色方钠石 光致变色 发光性 电子顺磁共振波谱(EPR) 

学科分类：0709[理学-地质学] 070901[070901] 07[理学] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2021)12-3936-06

馆 藏 号：203106539...