ウィンターグリーンのライフセーバーが暗闇で光る理由: トライボルミネセンス

これは簡単で楽しいキャンディーの摩擦発光のデモンストレーションです

アンドリュー・マギル / Flickr / CC by 2.0

数十年にわたり、人々はウィンターグリーン風味のライフセーバー キャンディーを使用して、暗闇の中で摩擦発光を利用して遊んできました。アイデアは、暗闇の中で固いドーナツ型のキャンディーを壊すことです.通常、人は鏡を見たり、パートナーの口をのぞき込んだりしながらキャンディーを噛み砕き、結果として生じる青い火花を確認します。

暗闇でキャンディースパークを作る方法

• ウィンターグリーン ハード キャンディー (例: Wint-o-Green Lifesavers)
• 歯、ハンマー、またはペンチ

トライボルミネセンスを観察するために多くのハード キャンディーを使用できますが、ウィンター グリーン オイルの蛍光が光を増強するため、この効果はウィンター グリーン フレーバー キャンディーで最もよく機能します。ほとんどの透明なハードキャンディーはうまく機能しないため、ハードな白いキャンディーを選択してください.

効果を確認するには:

• ペーパータオルで口をふき、キャンディーを歯でかじります。鏡を使って自分の口から出る光を確認したり、誰かが暗闇の中でキャンディーを噛んでいるのを見たりしてみましょう。
• キャンディを固い台の上に置き、ハンマーで砕きます。プラスチックの透明なプレートの下でつぶすこともできます。
• ペンチのあごでキャンディーを砕く

暗い場所でうまく機能する携帯電話や、高い ISO 値を使用する三脚のカメラを使用して、光をキャプチャできます。ビデオはおそらく静止画をキャプチャするよりも簡単です。

トライボルミネセンスの仕組み

トライボルミネッセンスは、2 枚の特殊な素材をぶつけたりこすったりするときに発生する光です。用語がギリシャ語に由来するため、基本的に摩擦から軽いです。 部族 、「こする」を意味し、ラテン語の接頭辞 損失 、「光」を意味します。一般に、ルミネッセンスは、熱、摩擦、電気などのエネルギー源から原子にエネルギーが入力されると発生します。原子内の電子はこのエネルギーを吸収します。電子が通常の状態に戻ると、エネルギーが光の形で放出されます。

砂糖 (スクロース) のトライボルミネセンスから生成される光のスペクトルは、稲妻のスペクトルと同じです。雷は、空気中を通過する電子の流れによって発生し、窒素分子 (空気の主成分) の電子を励起します。窒素分子は、エネルギーを放出するときに青色の光を放出します。砂糖のトライボルミネセンスは、非常に小規模な稲妻と考えることができます。砂糖の結晶にストレスがかかると、結晶内の正電荷と負電荷が分離し、電位が発生します。十分な電荷が蓄積されると、電子は結晶内の亀裂を飛び越え、窒素分子内の励起電子と衝突します。空気中の窒素から放出される光のほとんどは紫外線ですが、ごく一部が可視領域にあります。ほとんどの人にとって、発光は青みがかった白に見えますが、青緑色を認識する人もいます (暗闇での人間の色覚はあまり良くありません)。

ウィンターグリーン キャンディーからの発光は、ウィンターグリーンのフレーバー (サリチル酸メチル) が 蛍光 .サリチル酸メチルは、砂糖が発する雷光と同じスペクトル領域の紫外光を吸収します。サリチル酸メチルの電子が励起され、青色の光を発します。元の砂糖の発光よりもはるかに多くのウィンターグリーンの発光がスペクトルの可視領域にあるため、ウィンターグリーンの光はスクロースの光よりも明るく見えます.

摩擦ルミネッセンスは圧電性に関連しています。圧電材料は、押しつぶされたり引き伸ばされたりすると、正電荷と負電荷が分離して電圧が発生します。圧電材料は、一般に非対称（不規則）な形状をしています。スクロースの分子と結晶は非対称です。非対称分子は、押しつぶされたり引き伸ばされたりすると、電子を保持する能力が変化するため、電荷分布が変化します。非対称の圧電材料は、対称の物質よりも摩擦ルミネセントになる可能性が高くなります。しかし、既知の摩擦発光材料の約 3 分の 1 は圧電性ではなく、一部の圧電材料は摩擦発光性ではありません。したがって、追加の特性が摩擦発光を決定する必要があります。摩擦ルミネセンス材料では、不純物、無秩序、および欠陥もよく見られます。これらの不規則性、または局部的な非対称性も、電荷の収集を可能にします。特定の材料が摩擦ルミネセンスを示す正確な理由は、材料によって異なる場合がありますが、結晶構造と不純物が、材料が摩擦ルミネセンスであるかどうかの主な決定要因である可能性があります。

Wint-O-Green Lifesavers だけが摩擦発光を示すキャンディーではありません。砂糖（スクロース）で作られたほぼすべての不透明なキャンディーと同様に、通常の角砂糖が機能します.透明な飴や人工甘味料を使った飴はダメ。ほとんどの粘着テープは、剥がしたときにも発光します。アンブリゴナイト、方解石、長石、蛍石、レピドライト、雲母、ペクトライト、石英、スファレライトはすべて、叩いたり、こすったり、引っかいたりすると摩擦ルミネッセンスを示すことが知られている鉱物です。摩擦ルミネッセンスは鉱物サンプルによって大きく異なり、観察できない場合があります。透明ではなく半透明で、岩全体に小さな割れ目がある閃亜鉛鉱と石英の標本が最も信頼できます。

摩擦ルミネセンスの見方

観察する方法はいくつかあります トライボルミネセンス 家に。私が述べたように、ウィンターグリーン風味のライフセーバーが手元にある場合は、非常に暗い部屋に入り、ペンチまたは乳鉢と乳棒でキャンディーをつぶしてください.鏡で自分の姿を見ながら飴を噛むと効果がありますが、唾液の水分で効果が弱まるか、なくなります。暗闇の中で 2 つの角砂糖または石英またはローズ クオーツの破片をこすることもできます。ひっかき 石英 スチールピンでも効果を発揮する場合があります。また、ほとんどの接着剤の貼り付け/剥がし テープ 摩擦発光を表示します。

トライボルミネッセンスの使用

ほとんどの場合、摩擦ルミネセンスは興味深い効果であり、実用的なアプリケーションはほとんどありません。しかし、そのメカニズムを理解することは、以下を含む他のタイプの発光を説明するのに役立つかもしれません。 生物発光 バクテリアと地震の光で。摩擦発光コーティングは、リモート センシング アプリケーションで使用して、機械的な故障を知らせることができます。ある参考文献によると、摩擦発光フラッシュを適用して自動車の衝突を感知し、エアバッグを膨張させる研究が進行中です。