夜明珠发光的原理基于多种物理和化学过程
一、夜明珠发光的原理
夜明珠的发光原理涉及到能量的吸收与释放过程。在物理学中，夜明珠的发光原理是由具有磷光物质的石头在受日照之后，吸收外来能量，然后又在黑暗中将这些能量释放出来，形成银白的光华。这一过程利用了电子跃迁产生光子的荧光现象和磷光现象，其中磷光现象持续时间较长，与夜明珠内部的特殊结构和成分有关。
从微观角度来看，当外界能量（如光照或热）作用于夜明珠时，其内部的电子会从低能状态进入高能状态。对于萤石这种常见的夜明珠材料，等轴晶体钙离子被稀土元素取代而具有荧光性能。在光激发或者热激发下，电子跃迁到激发态。如果能量较高，电子越过陷阱回落基态，可辐射出可见光，称为荧光；如果激发能量较低，电子不能越过陷阱势垒，则电子会在陷阱内的不同能级跃迁并回落，形成磷光，磷光的余晖（除去激励后发光）时间更长。
还有一种情况是，能够自身发光的永久性夜明珠，它不需要吸收任何能量，仅靠其自身的放射性元素衰变产生的能量就可以发光。不过这种夜明珠在自然界非常罕见，但可以通过人工制造出来，其原理就是用强放射源照射，使其内部物质活化，就可以在比较长的一段时间内发光。
二、夜明珠的成分与发光的关系
夜明珠按照基体材质的不同可分为不同类型。其中，萤石是最常见的被视为夜明珠的矿物，其主要成分是CaF₂。萤石的发光性与其杂质元素关系密切，未充满的d轨道和f轨道的过渡元素和稀土元素是最好的发光介质。当杂质元素（如稀土元素）替代主要元素（如钙）后，形成晶格缺陷，从而在矿物的固有能带间形成附加能级和电子陷阱，这是其发光的重要基础。
除了萤石，还有动植物性“夜明珠”，动物界如著名的萤火虫也能发光。植物性夜明珠可能与某些特殊的生物荧光物质有关，但这与矿物类夜明珠的发光原理有本质区别。在矿物类夜明珠中，除萤石外，方解石和一些钻石也可能与夜明珠的形成有关，但萤石的研究相对较多且具有代表性。
三、影响夜明珠发光的因素
（一）内部因素
成分影响
稀土元素种类和含量：夜明珠中通常含有稀土元素，如镎、镥、钆等，这些元素能够吸收光能并在黑暗中释放。不同的稀土元素会影响夜明珠发光的颜色。例如，萤石高温下的发光部分主要与Pr、Tb有关，部分可能与Ho有关；低温下的发光主要与Pr、Er有关，部分发光峰可能与Sm有关。
晶格结构：晶格的完整性和缺陷情况对发光有影响。杂质元素替代钙等主要元素形成的晶格缺陷，是产生附加能级和电子陷阱的关键，而这些又直接关系到电子的跃迁和发光过程。如果晶格缺陷过多或过少，可能会影响电子跃迁的效率，从而影响发光的强度和持续时间。
晶体结构影响
对于萤石这种等轴晶体结构，其晶体的对称性和原子排列方式会影响光的传播和电子的运动。等轴晶体结构为电子跃迁提供了特定的路径和条件，使得在光激发或热激发下，电子能够按照一定的规律跃迁并产生发光现象。不同的晶体结构可能导致不同的能带结构，进而影响电子跃迁所需的能量和发光的特性。
（二）外部因素
光照强度和时间
光照是夜明珠吸收能量的重要来源。如果光照强度大且时间长，夜明珠吸收的能量就多，在黑暗中释放的光能可能就更强、持续时间可能更长。例如，经过长时间充足日照后的夜明珠，在夜晚可能会发出更明亮的光。相反，如果光照不足，夜明珠吸收的能量有限，发光效果就会减弱。
温度
温度对夜明珠的发光有显著影响。不同的温度下，夜明珠的发光峰位会有差异。如萤石在高温主要发光峰偏于短波长的紫外和紫绿区；低温的主要发光峰位于波长偏长的蓝黄色区。而且温度变化可能会影响电子的运动速度和能量状态，从而改变电子跃迁的概率和发光的特性。
四、夜明珠发光的科学解释
夜明珠的发光是多种物理和化学过程综合作用的结果。从能量角度看，它是能量吸收、储存和释放的过程。当外界能量（光照、热等）作用于夜明珠时，其内部的电子获得能量发生跃迁，从低能态跃迁到高能态。对于含有稀土元素等杂质的夜明珠，如萤石，稀土元素替代钙等元素形成的晶格缺陷产生了特殊的能级结构。
在这个过程中，电子被激发到高能态后，如果是荧光现象，电子会较快地从高能态跃迁回基态并辐射出光子，这个过程相对迅速；如果是磷光现象，电子会陷入陷阱能级，然后在陷阱内不同能级间跃迁，再缓慢地回到基态并释放出光子，这就导致了磷光的余晖现象，使得夜明珠在外界激发源消失后仍能持续发光一段时间。
而对于靠自身放射性元素衰变发光的夜明珠，放射性衰变过程中释放出的能量直接激发内部物质产生发光现象，这是一种基于原子核内部变化的能量转换为光能的过程。
五、夜明珠发光现象的研究进展
近年来，科学家在夜明珠发光现象的研究方面取得了不少进展。在材料合成方面，研究人员开发出了多种人造“夜明珠”材料。例如，中国科学院院士黄维、南京工业大学教授安众福联合新加坡国立大学刘小钢教授提出“发色团限域”策略，实现了分子态高效蓝色室温磷光，开发出具有多重应用价值的磷光材料器件，并尝试将其应用到指纹识别中。
中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件制造研究部蒋长龙、杨亮研究团队成功设计了一种新方法，制备出了具有从蓝色到绿色的多色超长室温磷光发射的碳化聚合物纳米点材料。西北工业大学柔性电子研究院科研团队设计并开发了一系列新型聚合物长余辉材料。
在理论研究方面，对夜明珠发光的微观机制有了更深入的理解，如对有机长余辉发光材料中分子结构、堆积方式与发光性能的关联机制的研究不断深入。这些研究成果不仅有助于开发更多性能优良的发光材料，也为进一步探索夜明珠等发光物质的奥秘提供了理论基础。