La fluorescence et la phosphorescence sont deux mécanismes qui émettent de la lumière ou des exemples de photoluminescence. cependant, les deux termes ne signifient pas la même chose et ne se produisent pas de la même manière. En fluorescence et en phosphorescence, les molécules absorbent la lumière et émettent des photons avec moins d'énergie (plus longueur d'onde), mais la fluorescence se produit beaucoup plus rapidement que la phosphorescence et ne change pas la direction de spin de les électrons.
Voici comment fonctionne la photoluminescence et un aperçu des processus de fluorescence et de phosphorescence, avec des exemples familiers de chaque type d'émission de lumière.
La photoluminescence se produit lorsque les molécules absorbent l'énergie. Si la lumière provoque une excitation électronique, les molécules sont appelées excité. Si la lumière provoque une excitation vibratoire, les molécules sont appelées chaud. Les molécules peuvent devenir excitées en absorbant différents types d'énergie, tels que l'énergie physique (lumière), l'énergie chimique ou l'énergie mécanique (par exemple, le frottement ou la pression). L'absorption de la lumière ou des photons peut faire chauffer et exciter les molécules. Lorsqu'ils sont excités, les électrons sont élevés à un niveau d'énergie supérieur. À leur retour à un niveau d'énergie plus faible et plus stable, les photons sont libérés. Les photons sont perçus comme une photoluminescence. Les deux types de photoluminescence et de fluorescence et de phosphorescence.
En fluorescence, la lumière à haute énergie (courte longueur d'onde, haute fréquence) est absorbée, poussant un électron dans un état d'énergie excité. Habituellement, la lumière absorbée est la gamme ultraviolette, Le processus d'absorption se produit rapidement (sur un intervalle de 10-15 secondes) et ne change pas la direction du spin des électrons. La fluorescence se produit si rapidement que si vous éteignez la lumière, le matériau cesse de briller.
La couleur (longueur d'onde) de la lumière émise par fluorescence est presque indépendante de la longueur d'onde de la lumière incidente. En plus de la lumière visible, la lumière infrarouge ou infrarouge est également libérée. La relaxation vibrationnelle libère une lumière infrarouge d'environ 10-12 quelques secondes après l'absorption du rayonnement incident. La désexcitation vers l'état fondamental des électrons émet une lumière visible et infrarouge et se produit environ 10-9 secondes après que l'énergie soit absorbée. La différence de longueur d'onde entre les spectres d'absorption et d'émission d'un matériau fluorescent est appelée son Changement de Stokes.
Les lampes fluorescentes et les enseignes au néon sont des exemples de fluorescence, tout comme les matériaux qui brillent sous une lumière noire, mais cessent de briller une fois que la lumière ultraviolette est éteinte. Certains scorpions seront fluorescents. Ils brillent tant qu'une lumière ultraviolette fournit de l'énergie, mais l'exosquelette de l'animal ne protégez-le très bien du rayonnement, vous ne devez donc pas garder une lumière noire allumée très longtemps pour voir un scorpion lueur. Certains coraux et champignons sont fluorescents. De nombreux stylos surligneurs sont également fluorescents.
Comme en fluorescence, un matériau phosphorescent absorbe la lumière à haute énergie (généralement ultraviolette), ce qui fait passer les électrons dans un état d'énergie plus élevé, mais la transition vers un état d'énergie inférieur se produit beaucoup plus lentement et la direction du spin électronique peut changement. Les matériaux phosphorescents peuvent sembler briller pendant plusieurs secondes jusqu'à quelques jours après l'extinction de la lumière. La phosphorescence dure plus longtemps que la fluorescence parce que les électrons excités sautent à un niveau d'énergie plus élevé que pour la fluorescence. Les électrons ont plus d'énergie à perdre et peuvent passer du temps à différents niveaux d'énergie entre l'état excité et l'état fondamental.
Un électron ne change jamais sa direction de spin en fluorescence, mais peut le faire si les conditions sont réunies pendant la phosphorescence. Ce retournement peut se produire pendant l'absorption d'énergie ou après. Si aucun retournement de spin ne se produit, la molécule serait état singulet. Si un électron subit un retournement de spin a état du triplet est formé. Les états des triplets ont une longue durée de vie, car l'électron ne tombera pas dans un état d'énergie inférieur jusqu'à ce qu'il revienne à son état d'origine. En raison de ce retard, les matériaux phosphorescents semblent "briller dans le noir".
Les matériaux phosphorescents sont utilisés dans les viseurs des armes à feu, brille dans les étoiles sombreset la peinture utilisée pour réaliser des peintures murales en étoile. Le phosphore élément brille dans l'obscurité, mais pas de phosphorescence.