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解读2023诺贝尔化学奖

已有 1286 次阅读 2023-10-7 22:27 |系统分类:观点评述

 “量子点”变色的原因

                        晏成和            

今年的诺贝尔化学奖授予麻省理工学院的Moungi Bawendi等三位研究人员,他们因研究量子点而获此殊荣量子点是纳米尺度几十个原子直径的微小晶体,研究者发现:量子点体量不同,发光颜色不同;温度不同,颜色也不同。发现了不寻常!于是开展研究,量子点具有高度可调的光学(颜色)和体态特性。

实验事实:当受到外部光源的刺激,较大的硫化镉颗粒对光的反应与较小的颗粒不同,尺寸较小量子点的电子发出更蓝、更短波长的光;较大的量子点发出波长更长的黄光或红光。

拙博之前的文章:在火光中发现,温度升高物质的热发光的颜色频率升高。由此推论:核外电子速率随着温度提高而提高。这是千百年来,被大家忽略了的自然奥秘。两百年前德国的研究者已经注意到温度与光色波长的紧密联系,并且在灯丝发光的波长与温度之间建立维恩公式。可惜,早年探索者没有进一步研讨,火光来自哪里,火光的颜色、频率为何随温度变化?火光颜色与核外电子的运转的关系

人们已经知道,光是电磁波,物质的热发光是电子跃迁所发出的电磁波辐射、火光是由绕核运转着的价电子跃迁所发出,不同(频率)颜色的光是由不同速率电子跃迁的结果。物质燃烧发出的光波频率高,实际上是电子跃迁时的速率高。电磁波的频率从微波、红外波、到可见光-赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫……由低到高。将以上几项物理现象联系起来,加以归纳,我们就可以得到下表:

火焰颜色:

暗红

蓝白

白(青紫)

光波频率:×10^14 Hz

3.8

4.8

5.0

5.2

6.2

7.5

火焰温度:×100℃

2.2

5.5

7.6

8.8

14

22

核外电子速率:

←—低—————————高—→

从列表(第一行中间,从右到左)我们看到,高温的铁丝光色黄亮,随着温度的逐渐降低,铁丝的发光逐渐由亮黄变橙、变红、变暗、熄灭,其光波的频率也由高逐渐到低。颜色的逐渐变化与电磁波的频率的变化完全对应!物质的温度与其发光频率有着准确的正比关系,这绝不是巧合、是大自然在由此揭示热与光、热与电子的规律运动-电子运动速率之间的内在奥秘。 

化学诺奖-量子点:温度不同,微粒颜色不同,如火光频率变化如出一辙。说明温度高-核外电子速率高-物质发光频率高,电子速率在发光光色中作用明显。至于纳米级(或更小)粒子体量不同、发光颜色不同,也应该在电子速率上寻找原因。

量子点的体量不同、发光颜色不同,如何发生电子速率不同?据文献报道:布鲁斯团队是从溶液中结晶出硫化镉颗粒,尺寸较小量子点发出更蓝、更短波长的光;较大的点应发出波长更长的黄光或红光;并且量子点越小、制备越困难。量子点的小与大成分都是一样,那么就应该在量子点大与小的构成上寻找原因。

在我之前的文章中讨论了物质的构成,原子结合成结构元、然后组合成物质,在宏观尺度上价电子的运转都是和谐舒展的。现在仅十几个原子构成的量子点,表面曲率很大、相对外表面很大,结构元之间不能完整对位,为维持量子点的结构、抵御外界侵扰,每个价和电子必须加快速率,以形成强大的电磁力、价和力;于是,核外电子速率高-物质发光频率高,量子点就发出更蓝、更短波长的光。同理,较大的量子点发出波长更长的黄光或红光。

量子点尺度的改变导致了光色的变化,是科研中不可忽视的蛛丝马迹,科学就是在细微末节中发展进步,在禁锢探讨核外电子速率的时代确实是难以解读,会形成科学的一个困惑点,这也将是一个科学进步的爆发点。

2023/10/7



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