最新研究表明紫方钠石可能应用于X射线成像领域

在对紫方钠石进行研究时，研究人员发现在反复暴露于紫外线辐射下，这种矿物具有变色效应，而且不会产生磨损。研究结果表明，这种矿物材料具有价格低廉、合成简单、耐用性高、用途广泛等优势。

近十年来，芬兰图尔库大学的一个研究团队对于紫方钠石的特性展开了持续的研发。由于紫方钠石具有变色特性，使得这种矿物材料在紫外线监测和X射线成像等领域具有应用前景。

在紫外线照射下，紫方钠石的颜色会从白色变为紫色，如果没有紫外线照射，紫方钠石的颜色最终会变回白色。截至目前，导致这种重复性颜色变化的矿物结构特征还没有研究清楚。现在，研究人员对3种天然矿物，即紫方钠石、硅铍铝钠石和方柱石的研究查明了变色效应的原因。

这些具有变色效应的矿物都是无机的天然材料，但是也有一些有机化合物材料和碳氢化合物材料也具有可逆的变色效应（当经过了辐射之后）。然而，这些碳氢化合物材料的变色效应只能维持几次（在分子结构解体之前）。这是因为材料颜色的变化伴随着分子结构的剧烈变化，材料反复经历这种变化最终会导致分子结构的解体。

芬兰图尔库大学化学系的Mika Lastusari教授评论道，“在这项研究中，我们第一次发现材料的颜色变化过程实际上也伴随着分子结构的变化。当材料颜色变化时，分子结构中的钠原子会相对远离正常状态下的分子位置，然后再回到原来的位置。这种往复式的位置变化可以被称为“结构性呼吸”效应，也就是一直重复多次的过程，并且不会导致结构的破坏。”

研究人员已经证实，紫方钠石在白色与紫色之间的颜色交替变化的性能是高度可重复的

Lastusaari教授指出，“这种变色效应的可持续性是由于这些矿物材料具有一个坚固的三维笼状整体结构，这与在沸石中发现的结构类似。例如，在洗涤剂中，这种笼状结构使沸石能够去除水中的镁离子和钙离子，这种功能是通过将镁离子和钙离子紧密结合在笼状的孔隙中而实现的。”

研究员Sami Vuori博士对此说明道，“在这些具有变色效应的矿物材料中，所有与变色效应相关的过程都发生在一些沸石型笼状的孔隙之中，这些孔隙中赋存着钠原子和氯原子。也就是说，这种笼状结构能够让原子在笼内迁移，同时还能够保持笼状结构本身完好无损。这就是为什么这些矿物材料具有改变颜色的特性，并且还能够几乎无限次地恢复到最初颜色。”

此前，人们已经认识到，方柱石的颜色变化速度要比紫方钠石快得多，而硅铍铝钠石的颜色变化速度则要慢得多。

研究员Hannah Byron博士表示，“根据这项研究工作的成果，我们发现矿物材料颜色变化的速度与钠原子迁移的距离具有相关性。这些观察结果对下一步的新材料研发是十分重要的，因为现在我们已经查明了如何对矿物材料的变色特性加以控制，例如变色效应的控制方法和削弱方法。”

Lastusaari表示，“对于变色矿物材料的研究，目前还没有找到一种变色效应的表征方法，这就是为什么我们自己独辟蹊径的原因。然而，仅仅根据实验数据依然很难对结果进行清晰的解释。事实上，如果没有理论计算的坚实基础，我们不可能得出目前的结论，因为只有将实验过程和计算数据结合起来才能彻底查明矿物材料的变色机制。对于我们的合作方，Tangui Le Bahers教授及其研究团队，我们表示衷心感谢，他们团队研发并改进了一种合理的计算方法，并且在精细程度和精确度方面达到了很高的水平，而这在几年前是不可想象的。”

紫方钠石的应用前景是十分广阔的

由Lastusaari教授领导的图尔库大学化学系智能材料研究团队长期以来针对具有光学特性和颜色特性的材料开展了一系列原创性的研究工作，特别是紫方钠石这种矿物材料。他们目前正在探索紫方钠石的多种应用前景，例如天然矿物材料替代LED和其他灯泡的应用可能性，并且将紫方钠石应用于X射线成像领域。

目前，研究人员正在开展很多应用研究，其中最为有趣的研究是紫方钠石在剂量计和辐射指示器方面的应用，这种新技术可以被国际空间站采用，从而对太空飞行期间材料的辐射剂量吸收情况进行测量。Sami Vuori表示，“紫方钠石颜色的强度取决于这种材料受到紫外线辐射剂量的大小，这一特征意味着这种材料可以用于测定太阳辐射的紫外线剂量的强度。下一步将会在空间站上对紫方钠石进行测试，由此紫方钠石将被应用于类似的领域，但是这种材料特性也可以应用于一些日常生活领域。例如，我们已经开发了一款手机应用程序，这款程序能够测量紫外线辐射强度，而且是对普通大众开放使用的。”

这篇研究论文已经发表在今年6月的《PNAS》期刊上。

来源：PHYS

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