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* UV 또는 X선에 노출되면 지속적으로 빛나기 시작할 뿐만 아니라 색상도 바뀐다.
* 빛에서 흰색으로 보이지만 어둠 속에서 분홍색-보라색으로
* 코팅, 렌즈, 필터 또는 심지어 UV 검출기에서 실제 사용
* 용접 이음매를 확인하거나 X선 방사선 촬영, 선량계에 사용할 수 있다.

X선 센서로서의 미네랄
색이 변하는 핵마나이트는 다채로운 엑스레이를 가능하게 할 수 있다.

이 푸르스름한 빛나는 구조는 특별한 능력을 가진 광물이다.
이 Hackmanite(핵마나이트)가 UV 또는 X선에 노출되면 지속적으로 빛나기 시작할 뿐만 아니라 색상도 바뀐다. 일반적으로 희끄무레한 재료는 이제 분홍빛이 도는 푸른빛을 낸다. 색상의 강도는 방사선의 강도에 따라 달라지기 때문에 광물은 새로운 색상의 X선 이미징 방법을 가능하게 할 수 있다. 

 

▲ 미네랄 핵마나이트(Hackmanite)는 자외선에 노출된 후 어둠 속에서 보라색 형광을 발한다. 그러나 이 물질은 X선에도 반응한다. © Mika Lastusaari

많은 광물에는 발광 능력이 있다.
빛에 의해 조명을 받거나 화학적으로 자극을 받으면 결정 격자의 원자가 들뜨게 돼 빛을 발하기 시작한다. 어둠 속에서 이러한 재료는 유령 같은 녹색, 빨간색, 파란색 또는 흰색으로 빛난다. 이러한 자극 후 빛나는 형태는 광물뿐만 아니라 생명체에서도 자주 발생하며 기술 및 과학 분야에서 매우 중요하다. 따라서 연구자들은 최대한 오래, 밝게 또는 구체적으로 빛나는 재료를 찾고 있다.

▲ Cl-를 대체하고 핵마나이트 구조 내부에 VCl을 생성하는 S22-의 상태 밀도. (출처: 관련논문 그림 3. Detection of X-Ray Doses with Color-Changing Hackmanites: Mechanism and Application0

조사(照射)중 색상 변화

Hackmanite는 발광 광물의 매우 특별한 대표자다.
이 규산염 변이체는 인장강도로 오랫동안 알려져 왔다. 광물이 자외선에 노출되면 색이 변한다. Hackmanite는 빛에서 흰색으로 보이지만 어둠 속에서 분홍색-보라색으로 빛난다. 발광과 관련된 이러한 색상 변화는 가역적이며 필요한 만큼 자주 반복할 수 있다. 이는 코팅, 렌즈, 필터 또는 심지어 UV 검출기에서 실제 사용에 대한 효과를 매력적으로 만든다.

핵마나이트는 UV 방사선에 반응할 뿐만 아니라 X선에 노출될 때에도 열팽창을 보인다.
Turku 대학의 Sami Vuori와 함께 일하는 연구원들이 이제 발견했듯이 이 광 반응은 자외선보다 훨씬 더 뚜렷하고 점진적이다.

X선에도 반응

색상 변화는 UV 방사선으로 빠르게 포화되고 더 이상 변하지 않지만 X선 광선에서는 다르다. 핵마나이트는 X선으로 색상을 점차적으로 변경한다. 방사선이 강할수록 색상이 더 강해진다. 과학자들은 “이것은 발광에 대해 이전에 알려진 것과는 대조적이며 따라서 예상치 못한 것”이라고 보고했다.

이에 대한 가능한 이유는 X선에 의해 유도되는 광선의 메커니즘이 UV 복사에 대한 메커니즘과 다르기 때문일 수 있다. "우리는 광물의 원자에 있는 X선이 내부 껍질의 전자를 자극한다는 것을 발견했다"고 Vuori는 설명한다. "자외선 아래에서 가장 느슨하게 결합된 외부 전자만이 유색 발광에 참여한다.“

▲ 핵마나이트에서 X선에 의한 Tenebrescence의 가능한 메커니즘.(출처: 관련논문 그림 8 Detection of X-Ray Doses with Color-Changing Hackmanites: Mechanism and Application)

컬러 X선 촬영 가능

X선에 대한 점진적인 반응으로 Hackmanite를 일종의 X선 선량계로 사용하거나 컬러 X선 영상을 생성할 수도 있다. 첫 번째 테스트에서 연구원들은 핵마나이트 포토 플레이트를 사용하여 죽은 개미의 X선 이미지를 생성했다. 연구팀은 “핵마나이트의 텐브레선스가 X선 영상에 사용된 것은 이번이 처음”이라고 말했다.

그러나 이러한 컬러 엑스선 영상은 상대적으로 높은 엑스선 선량을 필요로 하기 때문에 이 방법은 의료 영상에 적합하지 않다. 뷰오리(Vuori)와 그의 동료들이 설명하는 것처럼 재료 연구나 산업에서 예를 들어 용접 이음매를 확인하거나 X선 방사선 촬영에 사용할 수 있다. X선 노출이 더 높은 선량계에도 적합하다.
(Advanced Optical Materials, 2021; doi: 10.1002 / adom.202100762)
출처:  University of Turku

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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