Cantonin fosfori

[John Canton, National Portrait Gallery, Lontoo / tuntematon maalari]

Fosforituotteet ja muut itsevalaisevat materiaalit ovat aina kiehtoneet minua, joten aiheesta ei heti pääsekään eroon, vaikka eivät välttämättä väriin suoranaisesti liittyisikään...

Aineiden fosforenssi, eli joidenkin aineiden luminenssi lyhyelle valolle altistumisen jälkeen, oli huomattu jo varhain, mutta aihe ei jostain syystä kiinnostanut kovasti tieteilijöitä ennen kuin italialainen alkemisti Vincenzo Cascariolo löysi vuonna 1603 Mount Padernolta "Bolognan kiven" (bariumsulfidi), josta syntetisoi itsevalaisevaa ainetta. Itsevalaisevaa kiveä luultiin aluksi jopa kaiken kullaksi muuttavaksi viisasten kiveksi. Tämän jälkeen keksittiin useita aineita, jotka alkoivat valaista mm. joko valolle tai kuumalle altistuttuaan ja näistä alettiin yleisesti puhua nimellä fosfori (φωσφορος [fōsforos] - valon kantaja). Niiden yleinen ongelma oli se, että niiden valoisuus oli heikkoa ja hävisi pian, parin tunnin sisällä. Myös efekti hävisi melko pian esineestä.

Brittiläinen fyysikko John Canton (1718-1772) oli kutojan poika, joka päätyi lopulta Lontoolaisen koulun johtajaksi - ja Royal Societyn jäseneksi. Canton oli Englannissa ensimmäinen, joka kokeellisesti vahvisti Benjamin Franklinin olettamuksen salamasta ja sähköisyydestä. Hän teki useita sähköön liittyviä löytöjä ja keksintöä ja lisäksi hän keksi mm. uuden tavan valmistaa keinotekoisia magneetteja.

Vuonna 1768 Canton keksi luonnon fosforisoivan materiaalin, joka myöhemmin tunnettiin nimellä "Canton's phosphorus". Canton valmisti fosforisoivaa ainetta kalsinoimalla osterinkuoria rikillä. Ilmiötä ei ole kuvattu kovin monessa fosforia tai itsevalaisevia materiaaleja käsittelevissä lähteissä, koska vaikutus on kohtuullisen pieni.

Canton's phosphorus is made by calcining oyster-shells in the open fire for half an hour; after which, the whitest and largest pieces are selected, mixed with about one-third their weight of flowers of sulphur, pressed into a crucible with a closely-luted cover, and heated red hot for an hour. // [Cantonin fosforia valmistetaan kalsinoimalla osterinkuoria avotulella puolen tunnin ajan; jonka jälkeen valitaan valkoisimmat ja suurimmat kappaleet, sekoitetaan hyvin hienoksi jauhettuun puhtaaseen rikkiin, jota on yhden kolmanneksen verran painosta, puristetaan tiiviskantiseen astiaan ja kuumennetaan tulikuumaksi tunnin ajan.]
- John Henry Pepper: The Playbook of Metals (1861)

4335. Canton's Phosphorus. Put calcined oyster shells in layers, alternately with sulphur, and heat strongly in a covered crucible for an hour. This is also luminous in the dark after exposure to the sun. // [Laita kalsinoituja osterinkuoria kerroksittain rikin kanssa ja kuumenna voimakkaasti kannellisessa astiassa tunnin ajan. Tämä on myös hohtavaa pimeässä valolle altistamisen jälkeen.]
- William B. Dick: Encyclopedia Of Practical Receipts And Processes (1872)

Cantonin itsestään valaiseva kalsiumsulfidi ei ollut ainoa lajiaan; "Hombergin fosfori" oli kalsiumkloridia ja "Balduinin fosfori" kalsiumnitraattia. Nykyään fosforilla ei enää viitata kaikkiin fosforisoiviin aineisiin, vaan se on alkuaineen nimi.

Hehkuva lehmä

[Itsevalaisevaa maalia koskeva huomautus kiinalaisessa kirjassa Xiang-Shan Ye-Lu; otettu kirjasta Phosphor handbook; Shigeo Shionoya, Phosphor Research Society, William M. Yen]

Itsevalaisevien maalien historiassa on mielenkiintoinen pieni yksityiskohta, josta en ole onnistunut löytämään tarkkaa - tai varmaa - tietoa.

E. N. Harveyn kirjassa A History of Luminescence (American Philosophical Society 1957) kerrotaan, että 1000-luvulta peräisin olevassa Zan Ning -nimisen munkin muistiinpanoissa (Xiang-Shan Ye-Lu, kirjoittanut/koonnut Wen Ying) on tarina, jossa kuvataan eräälle Song-dynastian aikaiselle keisarille näytettyä luolassa olevaa kuvaa. Siinä päivällä lehmä vaikutti syövän ruohoa niityllä ja yöllä lepäävän samalla niityllä (eli toinen kuva olisi maalattu tavallisella, toinen fosforisoivalla maalilla). Munkin mukaan yöllä näkyvä väri oli sekoitettu erityisistä helmisimpukoista ja päivällä näkyvä väri oli tehty jauhamalla tulivuoresta rannalle pudonnutta kiveä jauhamalla. Munkin mukaan tieto tuli 140-88 eaa hallinneen Han Wu Din lähettilään Zhang Xianin kirjasta.

Phosphor handbook -kirjasta otettu kuva (alussa) on otettu Xiang-Shan Ye-Lu -tarinasta ja se kuvaa lehmämaalauksen historian. Sen mukaan maalauksen osti upseeri Xu Zhi E ja se annettiin lahjaksi Song-hoville. Seitsemännessä palstassa oikealta lukien aletaan kuvata, kuinka japanilaiset keräsivät helmiäiskuoria Etelä-Japanin rannikolta (kuudennessa palstassa oikealta näkyy paikan nimet). Harvey kuitenkin kyseenalaisti A History of Luminescence -kirjassaan tarinan todenpitävyyden, koska muuta tietoa maalauksesta ei ole löytynyt.

Huolimatta siitä, onko lehmämaalauksen taru totta vai ei, sekä Kiinassa että Japanissa tunnettiin itsevalaisevan maalin valmistus jo ainakin tuhat vuotta sitten. Tiedetään myös, että tuolloin Japanista vietiin Kiinaan vulkaanisista aineista saatua rikkiä, jota on käytetty mm. itsevalaisevan maalin valmistukseen. Muutamat tuon aikakauden maininnan viittaavat jonkin merenelävän kuorien ja erilaisten vulkaanisten materiaalien sekoitusten käyttämisestä pigmenttinä. On hyvinkin mahdollista, että yhdistelmistä on syntynyt fosforisoiva pigmentti, joka kerää päivän voimaa valosta ja sitten sen voimalla hehkuu pimeässä. Itseasiassa vuonna 1768 brittifyysikko John Canton valmisti fosforipigmenttiä rikillä käsitellyistä osterin kuorista. 1800-luvun lopulle tultaessa sveitsiläiset kellonvalmistajat käsittelivät kellotauluja luonnon itsevalaisevilla aineilla, ennen kuin tehokkaammat radiumpohjaiset maalit ottivat vallan (kts. Synkkä valomaali).

Itsevalaiseva maali

[Kuva: MPK Co / glopaint.com]
Pari vuotta sitten kirjoitin Coloria-blogiin jutun Synkkä valomaali, jossa kirjoitin etenkin radium-maalien käytöstä. Tuolloin löysin muutaman maininnan sekä nykyaikaisista että vanhemmistakin itsevalaisevista materiaaleista, mutten ehtinyt niihin tuolloin paneutua.

Tuolloin verkossa oli jonkin verran juttua MPK Co.:n kehittämästä itsevalaisevasta GlowPaint-maalista, joka loistaa yhteen putkeen yli 12 vuoden ajan ilman ulkoisia energianlähteitä. Materiaalissa käytettiin hyväksi Litrosphere™-mikropartikkeleita, joita voi lisätä maalin sekaan. Materiaali kestää hyvin lämpöä ja kylmyyttä ja sen voi käytännössä muuttaa päästämään minkä tahansa väristä valoa. On saatavilla myös sellaisia GlowPaint-maaleja, jotka ovat päivän valossa valkoisia tai läpinäkyviä, mutta pimeässä hohtavat eri väreissä. Tekniikkaan käytetään sekä fosforia että tritiumia. Jälkimmäinen on radioaktiivinen aine, mutta ilmeisesti suhteellisen vaaraton sellainen.

Huolimatta varsin epämääräisen mielikuvan luovasta verkkosivustosta kyseessä on varsin mullistava keksintö. Itsevalaiseva Litrosphere voitti vuonna 2007 NASAn "Create The Future" -kilpailun pääpalkinnon. Viime vuonna 2008 MPK Co. osallistui NASAn kilpailuun uudella Litroenergy Power Cells -keksinnöllään, jossa Litroenergy-systeemiä on käytetty yhdessä aurinkokennojen kanssa tuottamaan edullisesti pysyväluonteista energiaa. Lisää tietoja kilpailubrieffeistä: NASA Tech Briefs Create the Future Design Contest.