力致发光是指物质在受到外界作用力而发光的一种物理现象,摩擦发光是力致发光的一种,常常在对晶体如蔗糖进行摩擦、碾压等物理过程中观察到此现象。最近,英国BBC节目《The One show》展示了利用Andor iXon Ultra EMCCD记录蔗糖晶体的摩擦发光现象。
研磨中的蔗糖晶体:美轮美奂的摩擦发光现象
仅使用普通镜头,即可在全黑的环境中观察到研磨中的蔗糖晶体发光现象,其中蓝色的环为摩擦发光信号。
摩擦发光现象最早由 Francis Bacon 在1620年报道,其发光机理比较复杂。目前科学界比较认可的理论解释为:晶体非对称结构的破坏,在晶体内部形成正负电荷分离的压电场,空气中的氮气分子吸收正负电荷二次结合放出的能量而发光,其发光机理类似于雷雨过程中的闪电现象,但是发光强度要小很多,因此通常使用高灵敏性的EMCCD对此类发光现象进行成像。
得益于此款相机在可见-近红外光谱(300nm-1100nm)范围内都具有较高的量子效率和超高灵敏度,最近华南大学彭明营教授课题组在《Journal of the American Ceramic Society》报道了斜方晶系钙钛矿材料Sr3Sn2O7: Nd3+在近红外区(~900nm,此处EMCCD的量子效率在40%左右)的力致发光现象,在250N力的作用,彭教授课题组利用Andor Ultra EMCCD对此材料的发光进行了成像,图中的蓝色为实验背景,绿色和橘红色为力致发光的信号,发光信号强度的不同主要来自于施加在材料力不均匀造成的,具体的实验细节可以参看论文:Journal of the American Ceramic Society,2019,00,1-11。
Andor Technology 是高性能、高灵敏科学级相机生产厂商,视频中使用的iXon Ultra EMCCD是具有超高灵敏度、超低噪声、超高速的科学级单光子探测器,应用于各种弱信号的探测与成像。
Andor iXon Ultra 888 EMCCD相机具有以下特征: