Tabla de Contenidos
Huỳnh quang và lân quang là hai quá trình nguyên tử mà vật liệu phát ra ánh sáng; tuy nhiên, huỳnh quang và lân quang được tạo ra bởi các quy trình khác nhau. Trong cả hai hiện tượng huỳnh quang và lân quang, các phân tử của vật liệu hấp thụ ánh sáng và phát ra các photon năng lượng thấp hơn (hoặc bước sóng dài hơn), nhưng trong huỳnh quang, quá trình này nhanh hơn nhiều so với lân quang; hơn nữa, hướng quay của các electron không thay đổi.
phát quang là gì?
Sự phát quang là đặc tính mà một số vật liệu sở hữu để phát ra bức xạ ánh sáng (các photon có năng lượng trong dải khả kiến) sau khi chịu một kích thích bên ngoài nhất định. Cụ thể, các chất phát quang là những chất khi tiếp xúc với nguồn bức xạ điện từ như tia cực tím (UV) sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy được do sự kích thích của các nguyên tử hoặc phân tử của chúng do bức xạ nhận được.
Một trong những cách mà vật liệu có thể hấp thụ kích thích năng lượng là kích thích các electron trong nguyên tử của nó ở mức năng lượng cao hơn so với trước khi nhận kích thích; trong trường hợp này, chúng ta nói rằng các phân tử hoặc nguyên tử bị kích thích hoặc tăng dao động của chúng, trong trường hợp đó xảy ra sự nóng lên của vật liệu . Các phân tử hoặc nguyên tử có thể bị kích thích bằng cách hấp thụ các loại năng lượng khác nhau: bức xạ điện từ (ánh sáng có bước sóng khác nhau và do đó có năng lượng khác nhau), năng lượng hóa học, do một số phản ứng hóa học ngoại năng, hoặc năng lượng cơ học, ví dụ như ma sát hoặc áp suất. thay đổi.
Sự hấp thụ năng lượng điện từ (ánh sáng) hoặc photon của một vật liệu có thể tạo ra hai hiệu ứng mà chúng tôi đã đề cập: các phân tử hoặc nguyên tử của vật liệu nóng lên hoặc chúng trở nên bị kích thích. Khi bị kích thích, các điện tử chuyển lên mức năng lượng cao hơn trước khi nhận mức năng lượng kích thích; khi chúng quay trở lại mức năng lượng ban đầu, hoặc trạng thái cơ bản ổn định hơn , chúng phát ra các photon có năng lượng tương ứng với sự chênh lệch năng lượng giữa trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản. Sự chênh lệch năng lượng này là một đặc tính của vật liệu, không phụ thuộc vào năng lượng mà nó hấp thụ. Đây là những chất hoặc vật liệu phát quang và các photon phát ra được coi là sự phát quang.
Huỳnh quang và lân quang là hai dạng phát quang của vật liệu. Các cơ chế phát quang khác, liên quan đến một loại kích thích năng lượng khác hoặc nguồn kích thích, là phát quang ba cực (liên quan đến ma sát), phát quang sinh học (liên quan đến các quá trình sinh học, chẳng hạn như đom đóm) và phát quang hóa học (liên quan đến các phản ứng hóa học).
huỳnh quang
Huỳnh quang là một cơ chế trong đó ánh sáng năng lượng cao (bước sóng ngắn hoặc tần số cao) được hấp thụ, tạo ra sự kích thích của các electron trong vật liệu. Thông thường, ánh sáng bị hấp thụ nằm trong dải cực tím và quá trình hấp thụ xảy ra nhanh chóng mà không làm thay đổi hướng quay của electron. Như đã đề cập, huỳnh quang là một quá trình nhanh chóng, do đó khi nguồn kích thích ngừng hoạt động, vật liệu ngay lập tức ngừng phát sáng.
Màu sắc (bước sóng) của ánh sáng do vật liệu huỳnh quang phát ra không phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng tới và có thể tương ứng với phổ nhìn thấy hoặc phổ hồng ngoại (tần số thấp hơn hoặc bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy). Sự khử kích thích về trạng thái cơ bản của các electron phát ra ánh sáng hồng ngoại hoặc khả kiến. Sự khác biệt về bước sóng giữa quang phổ hấp thụ và phát xạ của vật liệu huỳnh quang được gọi là dịch chuyển Stokes.
Các thông số cơ bản của cơ chế phát huỳnh quang là:
- Tuổi thọ trung bình (τ): Thời gian trung bình mà phân tử ở trạng thái kích thích trước khi trở lại trạng thái cơ bản (~10 ns).
- Năng suất lượng tử (φF): tỷ số giữa số photon phát ra so với số photon bị hấp thụ. Nó luôn nhỏ hơn 1.
ví dụ về huỳnh quang
Một số ví dụ về huỳnh quang là đèn huỳnh quang và bảng hiệu đèn neon, vật liệu phát sáng dưới ánh sáng đen (ánh sáng cực tím) nhưng ngừng phát sáng sau khi tắt ánh sáng kích thích và bút đánh dấu. Một ví dụ rất đặc biệt là bọ cạp, chúng phát huỳnh quang khi bị kích thích bởi tia cực tím. Bộ xương ngoài của động vật không bảo vệ nó khỏi bức xạ tia cực tím, vì vậy không nên tiếp xúc với nó trong thời gian dài.
lân quang
Giống như trong huỳnh quang, vật liệu lân quang hấp thụ ánh sáng năng lượng cao (thường là tia cực tím), làm cho các electron trong vật liệu bị kích thích ở mức năng lượng cao hơn mức trước khi kích thích. Nhưng, không giống như lân quang, quá trình chuyển sang trạng thái năng lượng cơ bản xảy ra trong thời gian dài hơn nhiều và hướng quay của electron có thể bị thay đổi trong quá trình kích thích và khử kích thích.
Vật liệu lân quang có thể phát sáng trong vài giây hoặc vài ngày sau khi ngừng kích thích. Điều này xảy ra do bước nhảy năng lượng của các electron bị kích thích lớn hơn trong hiện tượng huỳnh quang; nghĩa là, sự mất mát năng lượng của các electron khi trở về trạng thái cơ bản lớn hơn và sự khử kích thích có thể được tạo ra bằng cách đi qua các trạng thái năng lượng trung gian giữa trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản.
Một electron không bao giờ thay đổi hướng quay hoặc quay của nó trong các sự kiện huỳnh quang, nhưng nó có thể làm như vậy trong các sự kiện lân quang, vì vậy sự thay đổi này có thể xảy ra trong quá trình hấp thụ năng lượng hoặc trong quá trình khử kích thích. Sự thay đổi spin do kích thích ánh sáng gây ra kéo theo thời gian khử kích thích lâu hơn, vì electron sẽ không trở về trạng thái năng lượng thấp nhất cho đến khi nó quay trở lại spin ban đầu, và do đó, các vật liệu lân quang phát sáng trong bóng tối ngay cả khi chúng đã đi qua. nguồn kích thích đã chấm dứt.
Ví dụ về lân quang
Vật liệu lân quang được sử dụng trong ống ngắm súng, trong các loại sơn khác nhau và trong kim đồng hồ để xem giờ vào ban đêm.
Đài phun nước
Khoa học Thermofisher. Nguyên tắc cơ bản về huỳnh quang Nguyên tắc cơ bản về huỳnh quang | Thermo Fisher Khoa học – AR 2021
