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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 | 红 | 橙 | 黄 | 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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