發光的冰糖

生活科學趣談

由於敲破冰糖或糖果時,噴出的碎片有擊傷眼球的風險,觀察這個實驗時請戴上護目鏡。可改以冰沙機或高功率的果汁機來打碎蔗糖(特砂、晶冰糖、方糖…),這樣會比較安全,成功與否的關鍵在於果汁機的轉速是否夠高,觀察時請關燈↓

敲擊石英

或是以含石英質的岩石彼此摩擦

敲擊蔗糖會發光的機制與瓦斯爐、熱水器或電子打火機的點火器原理相同,都是”壓電效應“所造成的現象

具有壓電性的材料目前已知有:閃鋅礦(zincblende)、鈉氯酸鹽(sodiumchlorate)、電氣石(tourmaline)、石英(quartz)、酒石酸(tartaricacid)、蔗糖(canesuger)、方硼石(boracite)、異極礦(calamine)、黃晶(topaz)及若歇爾鹽(Rochellesalt)等,這些晶體都具有各向異性(anisotropic)結構,至於各向同性(isotropic)的材料則不會產生壓電效應。由於蔗糖的晶體屬於十二面體的單斜晶系結構,所謂單斜就是有一個晶軸的方向與底面交角不是呈正交的90度,因此蔗糖屬於各向異性的結構。

sugar5

 

sugar6

敲擊蔗糖時,外力會使晶體產生變形,經由晶格中電荷的移動造成晶體內局部性不均勻的電荷分佈,因而產生電偶極矩的變化。至於壓電效應在其他材料大多以電能的形式釋放出來,為何蔗糖卻是以光能的形式呈現?嗯…好問題!有興趣的同學或許可以拿來做為專題研究甚或是科展的題目。至於我的看法,可能是下列解釋中的其中一項…

1. 由於壓電效應所產生的電場強度很高,以至於產生 Zener Breakdown 而形成電子-電洞對,然後藉由它們復合時發出光來
2. 受力斷裂所產生的解理面產生電弧放電,因而引起空氣發光
3. Stimulated Luminescence
4. Thermoluminescence
5. 類似於摩擦起電,當糖晶斷裂時,由於被撕裂所形成的二個新表面產生電荷的分離現象,這些分離的電荷隨即復合並發光,就如同下列影片中撕開膠帶時所造成的發光現象↓

延伸閱讀

京都大學發現大地震1小時前空中有異常

科羅拉多大學的學者 Bleier, T. 證實石英岩斷裂時能藉壓電效應產生電磁活動,這類活動可於震前在斷層線上發生,根據最近的研究,電離層探測儀 能在統計學的意義上有效的預測地震。藉由地層釋出的電磁波所造成電離層參數的變化,將來或許有助於地震發生前的預警。