人工合成“庆隆夜光宝石”的晶体结构研究及发光机理探讨

人造硼铝酸锶原石表面有小晶体吗~

目前,我国在人工合成宝玉石领域已处于世界领先地位，其绝对数量居世界之冠。其中，俗称“夜光玉”的合成宝石是由我国发明的一种新类型人工宝石，具有长余辉发光性能，是一种环保型发光材料，也是一种具有多种功能的新型保健养生饰品。目前，此类宝石已被列入国家标准：《珠宝玉石名称》（GB/T 16552－2010）和《珠宝玉石鉴定》（GB/T 16553－2010）中，虽然，在此之前，人们习惯地把它叫作“夜光玉”或“夜光宝石”，但因为申请国家标准必须按国际惯例用人造宝石的化学分子式中的主要成分命名，即应当叫“硼铝酸锶”，而又因为它是经高科技人工合成，必须在名称前加“人造”二字，故叫作“人造硼铝酸锶”宝石。
顾名思义，夜光宝石就是指夜间能发光的珍贵石头，之所以珍贵，是因为：
1、 它所使用的原材料中有非常昂贵的稀土元素铕和镝，这两种元素的价值每公斤均在万元以上乃至数万元，可想而知仅原料成本就足显其高贵了。
2、 制作夜光玉原石的工艺非常复杂，属高科技领域，简言之，首先，要制作夜光粉体原料就必须在
配料完成后，经过1400℃以上的高温煅烧才能制得。其次，进一步将粉体原料压制成胚，在可加压力的电炉中1600-1700℃高温下经一次或两次烧结始成为玉石胚料。
3、 夜光玉胚料经雕刻、琢磨、抛光后成为工艺品。
4、 由于夜光玉石的最大缺点是不耐腐蚀，在酸、碱溶液中短时浸泡即受蚀；即使在水中长时浸泡也
会受腐蚀而变得粗糙，同样，人体的汗水（略带酸性）也会使其受蚀而变黑。使其作为饰品佩带的功能受到严重影响。
5、 为了解决此一缺陷，必须在夜光玉深加工制品的表面再烧制一层特制釉料以作保护层，笔者经研
究后开发出可用于本夜光玉的特种釉料，烧成温度约900～1000℃。
综上可知，一件夜光玉制品就如像传说中的老君炼丹一样，是在高温下经几次烧制才获得的制品，
工艺过程复杂。因此，从科学的角度看，夜光玉应属于一种具有特殊性能的特种陶瓷制品。
之所以称其为具有特殊性能的特种陶瓷制品，可以体现在如下诸点：
1、 它具有超长的受激发光时间：由于采用了我国特有的稀土原元素作为激活剂，夜光玉初始磷光余辉强度高、发光稳定，发光时间长 (将此种发光材料避光24小时，然后在距离27W的荧光灯600cm处照射30分钟，在关闭光源后，测试的初始亮度为20000～ 55000 mcd/m2左右，过5秒钟的残光辉度为11570mcd/m2，发光时间可达10小时以上，可视余辉最长可达60～70 小时。本产品经申请专利并于2000年2月12日获专利证书。由于发明此一人造宝石的发明人为郝庆隆先生，生产公司名称为“北京华隆亚阳技术开发有限责任公司”，公司把他们发明的夜光宝石命名为，“庆隆夜光合成发光宝石”，简称“庆隆夜光宝石”，并于2001年7月在北京通过了由中宝协人工宝石委员会主持的（笔者任主任）的专家鉴定，之后投入批量生产。
2、 除可见光（包括太阳光、灯光、紫外线灯光等）外，热能亦可以使其发光，如：用夜光玉雕琢成
的夜光杯在倒入开水的瞬间即可发光，夜间尤其明显，是名符其实的“夜光杯”。
3、 夜光玉材料经中国计量科学研究院光学处采用“法向全辐射率检定校准系统”检测，在2～18微
米红外线波段的红外发射率ε= 0.90，这是一个很高的红外辐射数值，众所周知,红外线辐射对人体健康具有许多好的作用，故又被称为“生命的光线”。
红外辐射率高意味着夜光玉可以将所吸收的外来能量以人体所能吸收的波段（8～10μm）红外辐
射向人体发射，增加人体健康素质。
4、 采用国产ETS－2型“静态物质能量测试系统”和美国制“AIR ION COUNTER”仪器对夜光
检测，在室内正常光线条件下夜光玉（静态）可以在空气中产生高于本底300～400（个/秒、cm2）负离子，如果在紫外光或阳光直照下可增至500～600（个/秒、cm2），负离子对人体健康具有诸多好作用也是众所周知的。但是，采用日本的C0M－3010型离子测试仪（ION TESTER）测定，则没有负离子（所测数值与本底一致），其原因在于：日本仪器系通过测定样品中的放射性物质所产生放射线强度后，再换算成负离子数，没有负离子也间接证明夜光玉中不含放射性物质。夜光玉之所以能产生负离子，究其原因应该与电气石产生负离子机理相似，即由于电子受光、热等激活后脱离原子成为自由电子所致。
5、 在紫外线波谱之外，波长更短的电磁波为X射线，将厚5mm的夜光玉片放置在上海产2515型
X－射线探伤机下，工作条件为195KV电压、10MA电流，照射时间5分钟，所得结果是：夜光玉片的上半部约2～3mm部分发光（磷光），其余下部分不发光，发光部分强度亦不如紫外光照射的明亮，更不如艳阳光下的亮度，由此说明X射线虽然波长较紫外光更短，但穿透力虽强，激发出可见光量子的能力却更弱。
6、 将夜光玉片放置在具有放射性，能释放出γ射线乃至α、β粒子的稀释后的独居石矿粉体中照射
4分钟后取出，未见发光现象，而此种粉体经ETS－2型仪器检测可以持久地在空气中产生5000～6000个╱秒、cm2负离子，由此可以证明，此夜光玉的发光和发射能量并非由放射性物质所致，而主要是紫外线波长至更长的可见光波段乃至红外波段所致，分子运动的热能也可以转换成光能。
7、 在北京航空航天大学微波暗室实验室采用以美国产PNA－ E8363B矢量网络分析仪（安吉伦公
司产）为核心仪器的吸波材料反射率测试系统对夜光玉在无线电波波段进行厘米波的吸收和反射测试 （测试波段频率为8～12GHz和12～18GHz），发现了一些有趣的现象，即：夜光玉对无线电波（诸如通讯、电视、雷达用电磁波等）具有吸收功能，吸收率随波长增加（频率减小）而减小，如在12～18GHz（2cm左右）频段，吸收率约为40%～60%；而在8～12Hz（3cm左右）频段则在20%左右。波长更短，频率更高，吸收也更多，这是因为微波波长愈长，能量愈小的原故。
根据以上试验可以看出，夜光玉之所以能够发光、产生负离子、发射红外线，是由于受到外界能量
的激发，诸如太阳能、可见光、紫外线、热能…等。而不是像某些含有放射性物质如独居石（含钍和铀）的天然宝石如锆石、萤石、电气石那样自发、持久地产生负离子和磷光。50年代的仪表乃至手表上的发光材料即是采用含有放射性元素氧化钍的粉体制成，因而能持久地、不变地发出微弱的光亮。
夜光玉在开发研究时就已经对放射性进行了检测，根据中国计量科学研究院测定（证书编号：Fspa 2001-1124），材料的总α放射性比活度（Bq/g）0.011，均明显低于国际和国内的安全标准，属于绿色环保型饰品。
另据刘光华主编的《稀土材料与应用技术》一书记载，铕、镝等稀土材料还可用作为防辐射材料（P35页）。由此可知，许多人曾经担心的夜光玉是否含有放射性元素以至有放射性存在的顾虑是完全不必要和多余的。
总之，夜光玉及其深加工制品应该是一种能量转换器，它能够吸收外界能源所产生的能量并转换成次级的对人体有益的能量显示，如光、负离子、红外辐射等，从而对人体健康有所邦助和补益。正如俗语所谓“采日月星辰之精华，纳天地万物之灵气”，夜光玉即具有此种功能。
至于合成夜明珠对人体具有何种保健作用和功能？笔者认为尚需作进一步测试（根据不同人群的不同反应作出结论），但首先可以肯定的是，它和其它的珠宝玉石制品一样，对人体是无害的。笔者将夜明珠串成手链，昼夜佩带于手腕上，最令笔者惊奇的是在没有任何心里暗示的情况下入睡，从第一夜开始，明显的感觉到睡眠深沉，虽仍作梦，但很香很熟，几月来一直如此。此外，明显的一个感觉是受凉患感冒的次数减少了；但对自身的其它病症如腿疼等则没有作用。
综上所述，由于夜光玉的化学成分，制作工艺以及它所特有的各种能量吸收转换特性，应该对人体具有独到的养生、保健功能，特在此介绍以期引起关注并对人们的健康有所裨益和邦助。

夜明珠是一种萤石矿物，发光原因是与它含有稀土元素有关，是矿物内有关的电子移动所致。“夜明珠”是在黑暗中，人眼能明视的，天然的、能自行发光的珠宝。夜明珠是一种稀有的宝石，古称“随珠”、“悬珠”、“垂棘”、“明月珠”等。通常情况下所说的夜明珠是指荧光石、夜光石。它是地球大地内的一些发光物质经过了几千万年，由最初的火山岩浆喷发，到后来的地质运动，集聚于矿石中而成，含有这些发光稀有元素的石头，经过加工，就是人们所说的夜明珠，常有黄绿、浅蓝、橙红等颜色，把荧光石放到白色荧光灯下照一照，它就会发出美丽的荧光，这种发光性明显的表现为昼弱夜强。此外，部分工艺品也利用萤石的特征制作一些冠以“夜明珠”名称的饰品。

郝庆隆　沈才卿　施倪承　崔文秀

第一作者简介：郝庆隆，中宝协人工宝石专业委员会第二届委员、第三届副主任委员，北京华隆亚阳技术开发有限责任公司总经理。

一、引言

天然夜明珠是非常珍贵的宝物，在我国古代就有许多有关夜明珠的美丽传说，赋予了夜明珠神秘的色彩。近代，人们发现了很多品种的天然夜明珠，如萤石夜明珠、钻石夜明珠、水晶夜明珠等（栾秉璈，2003），引起了收藏界的广泛关注。天然夜明珠非常稀少，因此，非常珍贵，不能让更多的人拥有和观赏。

北京华隆亚阳技术开发有限责任公司利用先进的科学技术（何雪梅等，2004），充分利用我国丰富的稀土资源，在数年反复试验和实践的基础上，成功地实现了人工合成夜明珠宝石（按国家标准“GB/T16552—2003珠宝玉石名称”分类为人造宝石，以下仍称为“人工合成夜光宝石”或“庆隆夜光宝石”），使千百年来人们想拥有和观赏夜明珠的梦想成为现实。

早在20世纪60年代初，人们就人工合成出了主要基质为硫化锌的夜光粉及其塑料制品，但其磷光强度低，发光时间短。20世纪80年代末，随着科学技术的发展，传统的夜光粉已经不能够满足人们的需求，国际上开始了利用稀土元素激活法生产夜光材料的研究，并首先由德国人研制成功。众所周知，中国稀土元素的储量在世界上遥遥领先，而且中国研究人员对单个稀土元素的分离技术在世界上也首屈一指，因此中国珠宝企业在利用稀土元素激活法合成夜光宝石方面具有很大的资源优势和技术优势。北京华隆亚阳技术开发有限责任公司在应用稀土元素激活法合成夜光宝石的研究与开发方面走在了行业的前头。他们通过对磷光现象及其发光原理、矿物材料成分及其结构的研究，以碱土金属铝酸盐作为母体，加入硼元素，又加入稀土元素作为激活剂，生长出了初始磷光余辉强度高、发光稳定且发光时间长的夜光宝石。公司于1996年3月28日在中国专利局申请了名为“长余辉高亮度发光材料及其制备方法”的发明专利，并于2000年2月12日获专利证书，随后即在美国和韩国申请了专利；1996年6月7日在中国专利局申请了“人工合成发光宝石及其制造方法”的发明专利，并于2003年5月14日被授予发明专利证书。北京华隆亚阳技术开发有限责任公司把他们发明的夜光宝石命名为“庆隆夜光合成发光宝石”，简称“庆隆夜光宝石”，并于2001年7月在北京通过了专家鉴定，投入批量生产。

二、“庆隆夜光宝石”的合成方法简述

人工合成“庆隆夜光宝石”的合成方法包括夜光粉的制备和夜光宝石的制备两个过程。

1.夜光粉的制备

夜光粉的制备所使用的原材料为SrCO₃,Al₂O₃和H₃BO₃，原料中加入的激活剂和副激活剂为Eu₂O₃,Nd₂O₃和Dy₂O₃。

1）原料的配备：分别称取SrCO₃71.6g,Al₂O₃50.5g,H₃BO₃0.3g；称取激活剂和副激活剂 Eu₂O₃0.88g,Nd₂O₃0.84g和Dy₂O₃0.93g。将这些原材料和激活剂粉碎，并充分混合，后放入坩埚中。

2）原料的烧结：将盛有混合物的坩埚放入电炉中。在还原条件下，加热至800～1400℃恒温3h，之后在1300℃，继续恒温2h，然后自然冷却至200℃后从电炉中取出，即可得到作为人工合成夜光宝石原料的发光材料。

改变发光材料中的某些成分及其配比，可以生成不同颜色的发光材料，使用这些材料可以生产出各种不同颜色的夜光粉。

2.夜光宝石的制备

1）将制备好的夜光粉置于坩埚中。夜光粉可以是粉末状（过300目或400目筛），也可以是未经粉碎的烧结体。

2）将坩埚埋入压力电炉中的碳粉（作为还原气氛）中加热。炉温经5～8h缓慢升至1550～1700℃，同时加压至2atm

latm=101325Pa。以上，恒温恒压2～3h后自然冷却至200℃。

3）将烧结体从压力电炉中取出，冷却至室温。

4）将烧结体打磨（或雕刻）抛光制成发光宝石戒面或工艺品雕件。

三、人工合成“庆隆夜光宝石”的特性

1.发光特征

图1 人工合成“庆隆夜光宝石”的X射线粉晶衍射图

利用稀土元素作为激活剂合成的“庆隆夜光宝石”发光性能比20世纪60年代初使用硫化锌作基质的发光体提高了近30倍。将此种发光材料避光24h，然后在距离27W的荧光灯60cm处照射30min，在关闭光源后，测试“庆隆夜光宝石”5s的残光辉度为11570mcd/m²，发光时间可达10h以上，可视余辉时间最长可达60～70h。

2.放射性特征

人工合成“庆隆夜光宝石”的发光是由于稀土元素的激发，没有放射性。为了消除人们的疑虑，特意到国家权威机构，中国计量科学研究院进行了检测。检测结果，其放射性比活度仅0.024～0.055Bq/g，大大低于我国国家环保局发布的放射性比活度豁免限值（天然放射性物质为350Bq/g；人工放射性物质为70 Bq/g），可以认为没有放射性，因此不会对人体造成任何危害，可以放心使用。

3.宝石学性质

人工合成的“庆隆夜光宝石”，其基质属于单斜晶系，摩氏硬度6.5，密度为3.54g/cm³，折射率为1.65。

四、人工合成“庆隆夜光宝石”的晶体结构研究

人工合成“庆隆夜光宝石”的晶体，是以含硼碱土金属铝酸盐为基质，稀土元素为激活剂和副激活剂进行合成的，其化学式为M·N·Al₂－_xB_xO₄。其中M表示碱土金属（主要为Sr），N表示稀土元素（主要为Eu），x的含量为0.1≤x≤1。这种夜光宝石结构中，铝－氧形成四面体结构，且四面体以共角顶的方式连接形成六方环，在垂直六方环方向上形成宽阔的六方孔道，其内空间足以容纳大半径的碱土金属阳离子，如 Sr（可以被Mg,Ca,Ba中至少一种元素部分替代），同时也允许稀土元素的进入，如 Eu（可以被 La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu中至少一种元素部分替换）。进入孔道的阳离子排位并不像铝－氧四面体那样连接紧密，而是存在一定的缺位。

对人工合成的“庆隆夜光宝石”进行了X射线粉晶衍射分析，其结果如图1所示。

利用JCPDS卡片对该衍射图进行了物相归属的检索。发现人工合成“庆隆夜光宝石”的衍射数据与JCPDS卡片的34-0379（SrAl₂O₄）有相似之处。表现在最强的衍射峰的d值与强度大致上有一定的可对比性。但是，只要对人工合成“庆隆夜光宝石”的衍射数据进行细致分析，就可以发现人工合成“庆隆夜光宝石”衍射数据与JCPDS卡片的34-0379粉末衍射数据也有许多不同之处。这些不同之处可归纳为如下几个方面：

1）在2θ角从3°～100。范围内，人工合成“庆隆夜光宝石”共收集了143个衍射峰，其中2θ角（CuKa）在 3°～67。之间是可与JCPDS卡片的34-0379对比的。在此区间内，人工合成“庆隆夜光宝石”样品共收集到118个衍射峰，与34-0379相符合的有 77个衍射峰，还有 45个衍射峰在34-0379的衍射图上是不存在的。尤其是人工合成“庆隆夜光宝石”样品中 2θ为7.1°（d=12.45

1

＝10^-10m。）,14.26°（d=6.211

），18.12°（d=4.89

）,21.48°（d=4.14

）及 25.4°（d=3.507

）等衍射线都具有非常敏锐的峰形。这些衍射峰在34-0379衍射图中均不存在。这说明人工合成“庆隆夜光宝石”与34-0379相的X射线粉末衍射图具有明显的不同。

2）在人工合成“庆隆夜光宝石”与34-0379每一对可以比对的衍射峰中，两者的d值均有系统的差异。排除仪器的系统误差后，可以看出在每一对的数据中人工合成“庆隆夜光宝石”的d值稍大于34-0379相的d值。根据34-0379卡片提供的晶胞参数｛a=8.4424（8）

,b=8.822（1）

，c=5.1607（6）

，β＝93.415（6）°），用最小二乘法拟合方法计算了人工合成“庆隆夜光宝石”样品相的晶胞参数。其晶胞参数的变化范围为：

中国人工宝石

由此可见，人工合成“庆隆夜光宝石”与34-0379之间的晶胞参数的差异是明显的。这种晶胞参数的差异可以认为是晶体结构中化学成分变化所致。

上述大量多余衍射峰的存在，可能是由人工合成“庆隆夜光宝石”中存在着另一个新的物相造成的。经过资料的检索，这些多余的衍射峰大部分可与一种叫做Sr₄Al₄O₂[Al₁₀O₂₃]的物相相对比。该物相的晶体结构已得到确切的阐明（何雪梅等，2005）。其晶胞参数为a=24.785（1）

,b=8.487（2）

，c=4.886（1）

，空间群为Pmma。

由此证明，在人工合成“庆隆夜光宝石”中至少存在着两个物相，第一个物相是与34-0379类似的化合物（SrAl₂O₄），第二个物相是与Sr₄Al₄O₂[Al₁₀O₂₃]相类似的化合物。以下将这两种物相分别简称为第一物相和第二物相。

用光学显微镜及电子探针分析技术对第二物相进行了大量的微区观察和分析后，发现第二物相在人工合成“庆隆夜光宝石”样品中广泛存在。它往往分布于第一物相颗粒的边缘，在正交偏光下具有明显的橙黄干涉色，结晶颗粒粗大，约是第一物相的3～5倍。在偏光显微镜视域下第二物相约占颗粒总面积的8%～12%。微区分析技术已证明了第二物相具有很强的发光功能，对于第二物相的发光特性已进行了大量测试和鉴定工作。

由于配料工艺和烧成工艺的精确控制，人工合成“庆隆夜光宝石”生成了复相结构，复相结构是现代材料科学发展的方向之一，人工合成“庆隆夜光宝石”作为一种复相材料，显示比单相的材料性能更优越，使余辉时间大大增强。

中国地质大学施倪承教授对人工合成“庆隆夜光宝石”的结构进行了研究，得到了如图2所示的第一物相结构图，图中紫色代表铝－氧四面体，绿色小球代表孔道中的碱土金属或稀土元素。

图2 人工合成“庆隆夜光宝石”中第一物相的晶体结构

另外，人工合成“庆隆夜光宝石”中加入了一定量的硼（B），用红外光谱分析得知部分硼取代铝形成了B-O三角形结构，这对 Al-O四面体结构起了破坏和不稳定作用。

五、人工合成“庆隆夜光宝石”的发光机理探讨

1.碱土硼铝酸盐的基质为稀土发光提供了适合的晶体结构，添加Eu,Dy,Nd等3种元素后对发光各有不同的贡献

在碱土硼铝酸盐中加入Eu后，由于Eu^2＋离子和Sr^2＋离子的半径接近，Eu^2＋离子很容易取代晶格结构中的部分 Sr^2＋离子，形成取代型的固溶体（Nadeshina et al.,1976），从而，形成了Eu^2＋的4f⁶5d→4f⁷跃迁的晶场环境。

加入Dy元素后，Dy^3＋离子作为副激活离子，替代部分Sr^2＋离子在晶格中的占位，由于Dy^3＋离子半径大于Sr^2＋离子半径，使生成物的晶格发生畸变，并且由于Dy^3＋离子与Sr^2＋离子不等价，从而产生“空穴陷阱”，成为“色心”。光激发时，自由电子跃迁到较高能量的激发态，从激发态回落时既可能回到基态，也可能落入陷阱中，被储存起来。激发停止后，靠常温下的热扰动（包括晶格发生畸变或扭曲在复原过程中放出能量）为自由电子提供能量，获得能量的自由电子会被激发而往高能量方向跃升，某些自由电子可能会从陷阱中跳出来回落到基态，另有一些电子跳不出陷阱，只在陷阱中跃迁及回落，如果自由电子回落时放出的能量在可见光范围内，我们就能看到有颜色的磷光。不同价离子相互取代后形成“空穴陷阱”引起的发光，是发光机理之一。Nd元素的作用与Dy元素的作用相似。

2.人工合成“庆隆夜光宝石”中加入了硼（B）

这是发明专利的重要组成部分，硼的加入使少量硼取代铝，形成的B-O是三角形结构，而Al-O是四面体结构，这样，少量的B-O三角形替代了Al-（）四面体，使晶体结构具有不平衡性，形成晶格缺陷，对“庆隆夜光宝石”的高辉度、长时间余辉有所贡献。所以，B-（）三角形替代 Al-O四面体是人工合成“庆隆夜光宝石”的一个重要结构特征。人为地制造晶格缺陷，形成“色心”，是发光机理之二。

另外，硼进入晶体结构后，少量的B-O三角形替代了Al-O四面体，使晶格产生扭曲，晶格的扭曲对发光是有一定加强作用的。

如前所述，在日光或其他能量的激发下，自由电子可以从基态跃迁至激发态能级，再由激发态能级放出能量回落到基态，如果有了晶格缺陷，就会形成电子的陷阱。这个回落电子不一定回到基态，可能掉到这个陷阱中。掉入陷阱中的电子有两种活动方式，其一，这个电子受到外界能量激发，跳出陷阱回落到基态，同时放出能量，如果此能量在可见光范围内，我们就可以看到颜色；其二，这个电子受到外界能量激发后，跳不出陷阱，那么它在陷阱中跳到最高点后，还会落入陷阱底，从最高点回落时照样要放出能量，如果此能量在可见光范围内，我们就可以看到颜色。此类电子在陷阱中出现反复跃迁的现象，如果电子回落时能见到颜色，则一定会保持较长的时间。当然，电子的反复跃迁需要能量来补充激发，这种能量可能就来自扭曲晶格。扭曲晶格由于自身的不稳定性，在能量的激发下产生微变，并储存能量，在激发光源停止照射后，这种微变在复位的过程中，发生能量转换而放出能量，使自由电子受到能量的不断补充，从而使材料获得超长的余辉时间。这是发光机理之三。

3.人工合成“庆隆夜光宝石”样品中存在两相结构

合成复相材料是人工合成“庆隆夜光宝石”加强余辉的独特方法，复相固溶体的生成使晶格的场能发生变化，晶格的不稳定性增强。

在结构研究中我们说到，第二物相分布于第一物相颗粒的边缘，在正交偏光下具有明显的橙黄干涉色，结晶颗粒粗大，约是第一物相的3～5倍。在偏光显微镜视域下第二物相约占颗粒总面积的8%～12%。微区分析技术已证明了第二物相具有很强的发光功能，虽然我们对第二物相为什么有那么强的发光功能研究不够，但它肯定是发光机理之四。

4.稀土元素的作用

稀土元素的最大特点是：稀土元素f-d组态的电子跃迁能级很多，并且跃迁能量很小，这样，晶格缺陷形成的陷阱中心电子跃迁或回跳放出的能量，以及晶格畸变或扭曲恢复中放出的能量都能激发稀土元素f-d组态的电子跃迁，这些电子从激发态跳回基态时，就能发光。资料介绍，在三价稀土离子的4f组态中，共有 1639个能级，能级对之间的可能跃迁数目高达 199177个（张克立，2005），这么多的能级和跃迁数目一定会使发光时间很长，而人工合成的“庆隆夜光宝石”中有 3个稀土元素，这可能是“庆隆夜光宝石”产生超长余辉的主要因素之一。这是发光机理之五。

六、结论

人工合成了一种具有优异发光性能的人造夜光宝石，获得了国家发明专利，被命名为“庆隆夜光合成发光宝石”简称“庆隆夜光宝石”。

讨论了人工合成“庆隆夜光宝石”的发光机理，首先是晶体结构中具有大的孔道，使碱土金属离子和稀土元素离子进入孔道，为发光创造了条件；稀土元素取代碱土金属后的不等价造成“空穴陷阱”俘获自由电子是发光机理之一；硼元素的加入，增加了晶体结构的缺陷，也即增加了俘获自由电子的陷阱是发光机理之二；硼元素的加入，还增加了晶体的不稳定性，使晶体发生扭曲，在被激发时储存能量，撤销激发后放出能量作用于自由电子是发光的保证，这是发光机理之三；复合晶体的形成，特别是第二物相的形成，成为了发光的特殊晶体结构是发光机理之四；稀土元素f-d组态的电子跃迁能级很多，并且跃迁能量很小，是人工合成“庆隆夜光宝石”高辉度、长余辉的主要因素，为发光机理之五。

附：庆隆夜光宝石制作的部分工艺品，分别是在可见光下和黑暗环境中的照片。

可见光下和黑暗环境中的首饰

可见光下和黑暗环境中的观音像（发紫色磷光）

可见光下和黑暗环境中的雕刻工艺品（花卉）

参考文献

何雪梅，何彦龙，沈才卿等 .2004.夜光宝石人工合成技术的发展及应用.珠宝科技，16（5）:19～21.

何雪梅，沈才卿.2005.宝石人工合成技术.北京：化学工业出版社，238～243.

郝庆隆，高景峰，徐谦等.2003.人工合成夜光宝石及其制造方法.中国专利：106373.4,2003—05—14.

栾秉璈.夜明珠.2003.北京：文物出版社，64～90.

徐光宪主编.1995.稀土（下）（第 2版）.北京：冶金工业出版社，132～133.

张克立.2005.固体无机化学，武汉：武汉大学出版社，68～89.

Nadeshina T N,Pobedimskaya E A,Belov N V.1976.Crystal structure of strontium aluminate[Sr₄ Al₄ O₂A_l0O₂₃].Kri-stallografiya,21:826～828.

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石楼县15578874073： 夜光粉的主要成分到底有哪些 - ？
汗往牛黄： 夜光石就是萤石,其主要成分是氟化钙(CaF2) ,含杂质较多,Ca常被Y和Ce等稀土元素替代,此外还含有少量的Fe2O3 ,SiO2和微量的Cl,O3,He等.自然界中的萤石常显鲜艳的颜色,硬度比小刀低.它可以用于制备氟化氢:CaF2 + H2SO4 ...

石楼县15578874073： 夜明珠,在黑暗中,在无灯光下会发光吗? - ？
汗往牛黄： 可能,目前学界没有定论夜光石就是莹石:夜明珠在我国古代民间又名叫「夜光壁、夜光石、放光石」相传是世界上极为罕见的夜间能发出光芒的奇石.有专家指出「夜明珠」事实上就是能发光的萤石.我国虽然是萤石矿产大国,但夜晚能发光的...

石楼县15578874073： 夜光石是怎样形成的 - ？
汗往牛黄： 夜光石就是莹石:夜明珠在我国古代民间又名叫「夜光壁、夜光石、放光石」相传是世界上极为罕见的夜间能发出光芒的奇石.有专家指出「夜明珠」事实上就是能发光的萤石.我国虽然是萤石矿产大国,但夜晚能发光的萤石并不多,所以就...

石楼县15578874073： 硼铝酸锶放在水里浸泡会产生粘液吗? - ？
汗往牛黄： 不会 硼铝酸锶俗称“夜光玉”的合成宝石是由我国发明的一种新类型人工宝石,具有长余辉发光性能,是一种环保型发光材料,也是一种具有多种功能的新型保健养生饰品.虽然,在此之前,人们习惯地把它叫作“夜光玉”或“夜光宝石”,但因为申请国家标准 必须按国际惯例用人造宝石的化学分子式中的主要成分命名,即应当叫“硼铝酸锶”,而又因为它是经高科技人工合成,必须在名称前加“人造”二字,故叫作“人造硼铝酸锶”宝石.

石楼县15578874073： 夜明珠为什么会夜光? ？
汗往牛黄： 1、萤石夜明珠 今年以来,在上海地矿珠宝玉石检测中心,不断有属于人工制作的萤... 3、人造矿物原料 1)、庆隆夜光合成宝石 磷光余辉度11570mcd/m2(将测试物体暗藏...

石楼县15578874073： 怎样分辨夜明珠辨夜明珠真假否 ？
汗往牛黄： 1、什么是假的夜明珠: 假的夜明珠是用树脂石粉胶和荧光粉等人工合成的,手感很近似石头,硬度很高一般掉到地上也没事,只要白天从明亮处转移到稍微黑暗处 就会发...

石楼县15578874073： 夜光石怎么会发光 - ？
汗往牛黄： 夜光石又称夜明珠,一些宝石学家认为,因为夜明珠的萤石成分中混入了硫化砷,所以有“灵性”,而白天这两种物质发生“激化活化剂”到晚上则释放出能量,变成美丽的夜光.并且能在一定的时间内持续发光,甚至永久发光.经实验,如夜...