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형광 및 인광은 물질이 빛을 방출하는 두 가지 원자 과정입니다. 그러나 형광과 인광은 서로 다른 과정에 의해 생성됩니다. 형광 및 인광 현상 모두에서 물질의 분자는 빛을 흡수하고 더 낮은 에너지(또는 더 긴 파장) 광자를 방출하지만, 형광에서 프로세스는 인광에서보다 훨씬 빠릅니다. 또한 전자의 회전 방향은 변하지 않습니다.
광 발광이란 무엇입니까?
발광은 특정 물질이 특정 외부 자극을 받은 후 광선(가시 범위의 에너지를 가진 광자)을 방출하는 특성입니다. 특히, 광발광 물질은 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선원에 노출될 때 수신된 방사선에 의해 야기된 원자 또는 분자의 여기 결과 가시광선을 방출하는 물질입니다.
물질이 에너지 자극을 흡수할 수 있는 방법 중 하나는 자극을 받기 전보다 더 높은 에너지 준위에서 원자의 전자를 여기시키는 것입니다. 이 경우 분자 또는 원자가 여기되거나 진동이 증가한다고 말합니다. 이 경우 재료의 가열이 발생합니다 . 분자 또는 원자는 다른 유형의 에너지를 흡수하여 여기될 수 있습니다: 전자기 복사(다른 파장을 가진 빛, 따라서 다른 에너지를 가진 빛), 일부 발열 화학 반응의 결과로 인한 화학 에너지 또는 기계적 에너지(예: 마찰 또는 압력). 변화.
물질에 의한 전자기 에너지(빛) 또는 광자의 흡수는 우리가 언급한 두 가지 효과를 생성할 수 있습니다. 물질의 분자 또는 원자가 가열되거나 여기됩니다. 여기되면 전자는 에너지 자극을 받기 전보다 더 높은 에너지 준위로 이동합니다. 원래 에너지 수준 또는 더 안정적인 바닥 상태 로 돌아가면 여기 상태와 바닥 상태 사이의 에너지 차이에 해당하는 에너지로 광자를 방출합니다. 이 에너지 차이는 재료가 흡수하는 에너지와 무관한 재료의 특성입니다. 이들은 광발광 물질 또는 물질이며 방출된 광자는 광발광으로 인식됩니다.
형광 및 인광은 재료의 광발광의 두 가지 형태입니다. 다른 유형의 에너지 자극 또는 여기 소스와 관련된 다른 발광 메커니즘은 트리볼루미네선스(마찰과 관련됨), 생물발광(반딧불과 같은 생물학적 과정과 관련됨) 및 화학발광(화학 반응과 관련됨)입니다.
형광
형광은 고에너지 빛(단파장 또는 고주파수)이 흡수되어 재료에서 전자의 여기를 생성하는 메커니즘입니다. 일반적으로 흡수된 빛은 자외선 영역에 있으며 전자의 회전 방향을 바꾸지 않고 빠르게 흡수 과정이 일어난다. 이미 언급한 바와 같이 형광은 빠른 과정이므로 여기 소스가 중단되면 재료가 즉시 발광을 멈춥니다.
형광체에서 방출되는 빛의 색(파장)은 입사광의 파장과는 무관하며 가시광선 또는 적외선 스펙트럼(가시광선보다 낮은 주파수 또는 더 긴 파장)에 해당할 수 있습니다. 전자의 바닥 상태로의 탈여기는 가시광선 또는 적외선을 방출합니다. 형광 물질의 흡수 스펙트럼과 방출 스펙트럼 사이의 파장 차이를 스톡스 이동이라고 합니다.
형광 메커니즘의 기본 매개변수는 다음과 같습니다.
- 평균 수명(τ): 분자가 기저 상태로 돌아가기 전에 여기 상태에서 보내는 평균 시간(~10ns).
- 양자 수율(φF): 흡수된 광자에 대해 방출된 광자 수 사이의 비율. 항상 1보다 작습니다.
형광의 예
형광의 몇 가지 예로는 형광등과 네온 사인, 블랙 라이트(자외선) 아래에서 빛을 발하지만 흥미로운 조명이 꺼지면 빛을 내지 않는 물질, 마커 펜 등이 있습니다. 매우 독특한 예는 자외선에 의해 여기될 때 형광을 발하는 전갈입니다. 동물의 외골격은 자외선으로부터 보호하지 못하므로 장기간 노출되어서는 안 됩니다.
인광
형광과 마찬가지로 인광 물질은 고에너지 빛(일반적으로 자외선)을 흡수하여 물질의 전자가 여기 전보다 더 높은 에너지 준위에서 여기되도록 합니다. 그러나 인광과 달리 기저 에너지 상태로의 전이는 훨씬 더 긴 시간에 일어나며 여기와 탈여기 과정에서 전자의 회전 방향이 바뀔 수 있다.
인광 재료는 여기가 중단된 후 몇 초 또는 최대 며칠 동안 빛날 수 있습니다. 이것은 여기된 전자의 에너지 점프가 형광 현상보다 더 크기 때문에 발생합니다. 즉, 바닥 상태로 돌아갈 때 전자의 에너지 손실이 더 크고 여기 상태와 바닥 상태 사이의 중간 에너지 상태를 거쳐 탈여기가 생성될 수 있습니다.
전자 는 형광 이벤트에서 회전 또는 스핀 방향을 절대 바꾸지 않지만 인광 이벤트에서는 그렇게 할 수 있으므로 이러한 변화는 에너지 흡수 또는 탈여기 프로세스 중에 발생할 수 있습니다. 광 여기로 인한 스핀 변화는 전자가 원래의 스핀으로 되돌아갈 때까지 가장 낮은 에너지 상태로 돌아가지 않기 때문에 여기 시간이 더 길어지며 인광 물질은 여기를 통과한 후에도 어둠 속에서 빛납니다 . 중지되었습니다.
인광의 예
인광 소재는 조준경, 다양한 페인트, 밤에 시간을 알려주는 시계 바늘에 사용됩니다.
분수
써모피셔 사이언티픽. 형광 기초 형광 기초 | Thermo Fisher Scientific – AR 2021
