许幻山因蓝色烟火身陷囹圄 背后推手竟是小小的铜离子

  已完结的热播电视剧《三十而已》中,男主角许幻山引起了广泛的关注,尤其是他在剧中饰演的烟火设计师这一角色,在以往的影视作品中极少出现。

  许幻山在剧中最得意的作品,是一款蓝色烟火。这种蓝色烟火不仅作为他心中的最高梦想被反复提及,更是作为推动剧情的重要元素不断出现,最终的爆炸事故还导致许幻山琅珰入狱。

  有网友表示,在现实中的确很少看到蓝色烟火。那么,蓝色烟火真的很难生产和保存吗?烟火传承至今,其颜色、声响和造型不断带给观赏者惊喜,那么在制作技艺上又出现了哪些创新?

  始于千百年前 烟花的组成既简单又复杂

  “烟火是烟与火的艺术与科学。”南京理工大学原烟火研究室主任、博士生导师潘功配教授说。

  据了解,传统烟火发射升空和呈现效果主要依靠黑火药来实现,而黑火药又是中国的四大发明之一,因此烟火也算得上是中国古代劳动人民文化与科学融合的结晶。

  经过千百年的传承与创新,现代烟火已经成为一门科学——烟火学,它研究的主题是烟火药及其燃烧与爆炸化学反应所产生的光、声、烟、热、颜色、气动等物理效应与应用。

  “黑火药是最初的烟火药,其配方组成为‘一硝二磺三木炭’,古代的一斤是十六两重,也就是说一斤硝酸钾要配比二两硫磺、三两木炭。”潘功配告诉记者,现代烟火药既不同于黑火药,也不同于一般炸药。

  其实,烟火药是烟火中所有药剂的统称。根据不同的功能,这些药剂还可以分为发射药、效果药等。发射药被引燃后,在正常条件下不会爆炸,而是迅速产生高热的气体,产生压力促使烟火的其他药剂以一定速度发射出去,但又不至于破坏烟火的筒壁。

  记者了解到,普通的小型烟火制作过程比较简单,由硬纸筒包裹着烟火药,点燃导火索后引燃发射药,将烟火效果成分送至一定高度后,烟火效果成分就会分散点火,进而产生声光烟的观赏效果。

  但是大型烟火则复杂得多。燃放时由炮管(目前多采用玻璃钢管)将礼花弹(多为球型)发射到高空,礼花弹内安装有电脑芯片,采用计算机编程,通过电脑控制,在规定的高度、方位、朝向爆炸,呈现出各种空中造型。

  除了制造技艺不同以外,大型烟火与小型烟火另一个重要的区别在于装药量。小型烟火的装药量只有几克,而大型烟火的装药量可达1公斤以上。一个直径为20厘米的礼花弹在发射后,要上升到大概200米的高空才会爆炸,爆炸后产生的星星点点的火光,覆盖的半径能达到80米左右。

  不易制作且不易贮存 蓝色烟火少见确有一定道理

  烟火的颜色主要由效果药决定。效果药中所含有的发光剂和发色剂,能使烟火拥有五彩缤纷的色彩。其中发光剂主要由金属粉组成,如铝粉、铝镁合金粉等,当这些金属燃烧时,会发出白炽的强光。而发色剂的主要成分是金属盐,例如锶盐燃烧时会发出红色光、钡盐燃烧时会发出绿色光、而钠盐燃烧时会发出黄色光。

  在现实中,蓝色烟火确实不常见,原因到底是什么呢?

  潘功配表示,某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时,火焰呈现出特殊颜色,这种现象被称作焰色反应。

  将金属元素置入火焰中时,金属的外层电子会吸收火焰能量发生“跃迁”。不过,跃迁后的电子并不稳定,它们会马上回到之前的较低能量状态。此时,电子会将原本吸收的能量以电磁波的形式释放出来。不同元素原子中的电子在跃迁时会释放出特定波长的电磁波,一些金属原子的电子在跃迁时释放的电磁波正好位于可见光波段,因此人们可以清楚地看到各种不同的颜色。

  我们看到的蓝色烟火,其实就是无数的电子在释放能量的过程中发出了蓝色的光。据了解,人们一般会利用铜或者铜的化合物作为发色剂来产生蓝色光,包括铜粉、硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、氢氧化铜、碱式碳酸铜、氯化亚铜等。其中又以一氯化铜(CuCl)释放的420—460纳米波长的蓝光最为纯正,因为其他铜盐产生的蓝色通常带有明显的绿色色调。

  那么,为什么蓝色的烟火难以制造呢?

  首先,夜空虽然看起来是黑色,但其实仍然有相当浓重的蓝色调。让蓝色烟火从背景中鲜明地凸显出来,并不是一件容易的事情。

  此外,发色剂燃烧时的温度越高,视觉观感就越好。但同时,过高的温度又会让金属盐类发生分解,导致金属原子的状态改变,无法释放预期的颜色。最有希望产生纯正蓝光的一氯化铜的分解温度只有几百摄氏度,当它发生焰色反应时,实际上已经开始分解了。因此,想要呈现蓝光时温度最好控制在1200摄氏度以下,否则就会产生其他白亮的杂色,影响蓝光的纯正性。

  相较于红色、绿色、黄色等其他颜色的烟火,蓝色烟火生产、保存难度确实比较大,这是因为铜离子的稳定性较差,导致药物配方相容性不好、贮存稳定性较差。

  “其实不管哪种烟火,存放时都有一个组分相容性问题,不同组分之间会发生化学固态反应,蓝色烟火中的铜离子会起到类似催化剂的作用,使烟火药不同组分加速反应,所以贮存周期短,对存放条件有特别要求,比如恒温、恒湿等。”潘功配说。

  此外,销毁烟火也必须要用科学的方法。 “前几年,有的烟火生产公司因为没有专业指导,私自销毁烟火,比如将烟火用石灰水浸泡后直接埋在土里,这样在销毁处理过程中容易出现意外爆炸。之后,国家也相应出台了一系列规章制度,规范了烟火销毁方式。”潘功配表示,烧毁处理烟火爆竹时,一定要知晓药物特性和产品类别,按规范操控,在安全距离之外以电点火方式进行销毁是比较安全的做法。

  技术与配方创新 在环保基础上提升观赏效果

  在电视剧《三十而已》中,男主角为了讨女配欢心,还专门设计了带有其名字缩写的“拼字烟火”。现实中,很多人也看到过烟火可以呈现出各种不同的图案,这又是怎么实现的呢?

  潘功配表示,拼字烟火和图案烟火的原理也很简单,首先是效果药剂的质量要确保所设计的燃放效果要求,其次是用好计算机编程,完成好程控发射,按照编程过程中所设计好的图案进行精准点火。

  为了营造特殊的字符或图案,还可以在地面设置相应图形的发射阵列,如北京奥运会开幕式上让人印象深刻的大脚印,就是通过在地面以大脚印的阵列事先放置好一组32个炮管,通过电子点火,32个药球发射到同一高度、同时精准点火,32个亮珠就呈现出大脚印的观赏效果。

  为什么烟火燃放的过程中会发出不同的声音呢?据了解,这与一种特殊的燃烧过程——脉动燃烧有关。脉动燃烧是一种不稳定的燃烧过程,温度、压力、气流速度等参数都会随时间周期性波动,在这个过程中,会有大量的噪音辐射出来。

  烟火的内部填充了一些特殊的能够产生脉动燃烧的药剂,常见的有笛音剂、爆音剂、声响模拟剂等。例如,把氧化剂(高氯酸钾、氯酸钾)和笛音剂(主要是苯的衍生物)混合装进纸筒或塑料筒,点燃后就会发生脉动燃烧,产生清脆的笛音。

  据潘功配介绍,从保护环境的角度出发,现在所生产的很多烟火爆竹,在配方中舍弃了含有重金属和硫元素的成分,从而减少了二氧化硫和其他硫化物的生成。另外,在配方中也减少了金属粉的用量,改为使用有机物作为可燃物,从而减少金属粉燃烧后产生的可吸入颗粒物。最后,还有很多的烟火制造厂家通过改变氧化剂和可燃物的量,改变系统的氧平衡和燃烧温度、控制燃烧反应。

  潘功配表示:“烟火爆竹是文化,也是一种科学。文化需要去传承,科学则要去攻关、去发展创新。”他认为,中国是世界烟火技术的发源地,是世界烟火技术的故乡。中国的烟火爆竹,是中华民族的伟大发明与创造,应当受到社会各界的重视与扶持。(记者 张 晔)

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