被朋友拉去聽演唱會，可注意力全程被手裡這個東西吸引

螢光棒舞蹈

到了如今可以實現「螢光海」的定製中控應援棒：

不同偶像組合的定製應援棒

中控下的應援棒燈光變化

它們分別是什麼原理呢？為什麼螢光棒一掰就能發光？如何同步控制全場的應援棒？跟著小編一起探索吧！

化學發光螢光棒

我們都知道螢光棒的使用手法——雙手一掰，螢光飛來（skr~~

讓我們來看看螢光棒的組成：實際上，螢光棒採用雙層結構，外層為塑料（通常是聚乙烯PE）管，內層為玻璃管。玻璃管內裝有過氧化氫溶液，而玻璃管與塑料管之間的夾層內則是螢光染料和酯類化合物（多為雙草酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯等）。

螢光棒的內部組成

在掰彎前，雙層溶液互不干擾，各自安好。一旦掰彎，內層玻璃管破裂，內部的過氧化氫溶液與外部酯類化合物相遇，發生化學反應並釋放能量；螢光染料接收到這部分能量，便會發出螢光。

整個過程的反應如下：

氧化

螢光棒中的過氧化氫將草酸二苯酯氧化，生成苯酚和不穩定的過氧酸酯。

分解

過氧酸酯穩定性較差，作為一個高能中間體分子，它很容易斷鍵產生二氧化碳，並釋放能量。

躍遷

螢光染料分子接受這部分能量，從基態激發到激發態，然後激發態電子返回基態，在這個過程中能以光子的形式釋放出能量。

螢光棒發光反應式

讓我們再仔細深入一下第三步，看看染料分子是如何發出螢光的：吸收能量後，染料分子的能量增加，從基態（S₀）躍遷到激發態（S₁』），激發態能極高，並不是一個穩定狀態，因此有機分子一般通過化學鍵旋轉或者震動釋放能量回到基態，但是染料分子在通過機械運動釋放部分能量到達一個特定能級（S₁），即第一電子態後，直接跳到基態，同時將剩餘的能量以光子的形式釋放出來，發出螢光。「能級」是量子物理學中的一個基本概念，描述核外電子在不同能層（如K、L、M等）和能級（如s、p、d、f等）上的能量狀態，這些狀態對應著分立的能量值，即能級。

若是要深入理解螢光，那麼就要請出「螢光光譜學之父"Alenksander Jablonski以及他制定的Jablonski圖。Jablonski圖通常用於說明分子光譜學中的螢光和磷光，它展示了分子的激發態以及他們之間可能發生的輻射和非輻射躍遷，如下圖所示。若是深入講解，恐怕又是另一篇推文了，所以留待感興趣的小夥伴自行探索哦~

Jablonski圖

螢光棒為什麼能發出不同顏色的光呢？因為不同色的螢光板含有不同種類的螢光染料，這些染料分子大多是具有共軛體系（原子間以單鍵和雙鍵相互交替連接的系統）的多芳香環有機分子，共軛體系使電子躍遷所需的能量降低，波長向長波方向移動。而取代基也會使幅射光發生紅移，落入可見光區域。染料分子的共軛鏈長短不同，受激發需要的能量也不同，從而發處不同顏色的光。

不同螢光染料的發光顏色

根據螢光棒內使用的化合物的不同，化學發光的持續時間也會發生變化。作為化學方法發光的螢光棒，其發光時間長短與化學反應的持續時間有關，而化學反應速率受到溫度影響，環境溫度越高，發光時間越短、螢光棒初始亮度越高，發光時間越短。

致發光應援棒

現在的演唱會上大多使用的都是LED燈泡的應援棒。無論是這種演唱會批發的七彩海綿螢光棒：

還是定製的具有獨特形狀，甚至上百種色彩的周邊應援棒：

其發光的來源，都是LED燈泡。那麼LED的原理是什麼呢？

LED是發光二極體（Light Emitting Diode）的縮寫，即半導體發光二極體。我們都知道，二極體是一個由P型半導體和N型半導體形成的P-N結。P型材料在半導體中摻入受主雜質，即價電子數更少的雜質原子，因為缺少價電子而產生空穴；N型材料在半導體中摻入施主雜質，即價電子數更多的雜誌原子，則存在多餘的電子。所以P型材料含大量帶正電的空穴，而N型材料則含大量帶負電的電子。

（a）N型半導體，（b）P型半導體

若是電源正極接在N型半導體，負極連接在P型半導體，電壓傾向於將電子由P型區拉向N型區、空穴由N型區拉向P型區，形成耗盡區，即P-N結出現反向偏置。反之，在正向偏置下，N型半導體中的自由電子朝著P型一側移動，部分電子與空穴復合，復合時發射光子。

LED發光機理

在復合的過程中，釋放出的能量正是導帶底與價帶頂之間的能量差，即禁帶寬度Eg（單位：電子伏特eV）。不同的禁帶寬度，釋放不同的能量，即產生不同顏色的LED。LED產生光的波長與禁帶寬度的關係如下式所示

而採用不同的半導體材料，獲得不同的禁帶寬度，就可以產生多種顏色的LED啦~

不同半導體材料的禁帶寬度及對應LED的顏色

但僅憑不同的材料，仍然難以實現對顏色的精確控制，畢竟很多偶像明星的應援色都是具體到十六進位代碼的。那如何來控制應援棒的具體顏色呢？這就需要在應援棒上安裝多個不同顏色的LED燈珠，通過電路的開關控制來改變不同顏色的亮滅。螢光棒顏色控制的關鍵在於設計師對LED燈珠的數量、類型及電路的設計。

中控發光

如何讓數萬根螢光棒在同一時間，實現統一中控，一同點亮，一同熄滅，一同變換顏色，並組成多樣的圖案？

從應援棒的拆解圖中，我們可以試著尋找答案

中控應援棒拆解圖

排除掉其中的燈罩、握把、電池，我們把目光集中在其內部電路上

中控應援棒電路拆解圖

從其醒目的外置天線和紅外探頭能夠看出，它可以通過接收外部的控制信號指令，實現不同燈光效果的切換。

在電路上，可以看出其採用了兩顆晶片，左邊為電路的主控晶片，右邊為UHF（超高頻）射頻接收信片。UHF射頻接收晶片主要負責接收現場基站發出的信號，然後交給主控晶片進行處理；主控晶片則控制電路中RGB燈珠的切換。

所以，實現統一中控的關鍵就在於螢光棒中RF射頻晶片的使用。射頻（Radio Frequency）是一種高頻交流變化的電磁波，因其每秒變化頻率較高，具有遠距離傳輸能力。無線通信電子設備以電磁波的形式通過天線以一定的頻率發射到空中，或者從空中接收電磁波，達到傳遞信息和通信的目的。

廣義來講，國際上是把頻率範圍在3kHz到300GHz的頻譜稱為射頻。在國內，螢光棒使用的頻段主要是433MHz和2.4GHz兩個頻段，前者一般用於演唱會整體或是區域座位的控制，後者一般具體到演唱會某一座位的控制。

中控的原理流程

總的來說，中控是RF射頻晶片的功勞。RF射頻晶片能接收演唱會現場中央控制台發出的信號，並使LED燈隨著音樂和節奏變換顏色。這樣就創造出了演唱會中富有活力的燈光變換！

無論是螢光棒、LED光還是中控應援棒，都不僅僅代表著台下的觀眾對舞台的支持。應援棒的存在強調了觀眾對舞台的參與，每一名觀眾、每一根螢光棒，都組成了盛大演出中不可取代的一部分。演出者的表演和觀眾的「燈海」彼此呼應，每一場舞台正是演出者和觀眾共同創造的奇蹟。

參考文獻

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[3]http://www.duofluor.com/fluorescence-abc/

[4]https://zhuanlan.zhihu.com/p/477984559

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[6]https://www.bilibili.com/video/BV1EH4y1z7mL

[7]https://www.elecfans.com/d/2147946.html

[8]https://www.bilibili.com/video/BV1AK41137ML

編輯：花捲

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