Fotoluminescencja jest zjawiskiem fizycznym, polegającym na emisji światła przez materiał po jego wcześniejszym pobudzeniu światłem. Jest to forma luminescencji, która jest ogólnym terminem odnoszącym się do emisji światła przez substancję nie będącą wynikiem ciepła, czyli zjawiska niezależnego od temperatury. Fotoluminescencja obejmuje dwa główne procesy: fluorescencję i fosforescencję, które różnią się czasem życia stanu wzbudzonego oraz mechanizmem przejścia elektronowego.
Fluorescencja
Fluorescencja jest formą fotoluminescencji, w której absorpcja fotonów prowadzi do wzbudzenia elektronów do wyższych stanów energetycznych, a następnie do szybkiego powrotu do stanu podstawowego z emisją fotonów. Czas życia stanów wzbudzonych w przypadku fluorescencji jest zazwyczaj bardzo krótki i mierzy się go w nanosekundach. Emisja światła ustaje niemal natychmiast po zaprzestaniu ekscytacji światłem.
Fosforescencja
Fosforescencja to inny typ fotoluminescencji, w którym wzbudzone stany elektronowe są znacznie bardziej trwałe niż w fluorescencji. Po absorpcji światła i przejściu do stanu wzbudzonego, elektrony mogą przejść do stanu metastabilnego, z którego powrót do stanu podstawowego jest znacznie wolniejszy, co może trwać od kilku milisekund do nawet kilku godzin. Efektem tego jest długotrwałe świecenie materiału po zaprzestaniu ekscytacji.
Mechanizm fotoluminescencji
Fotoluminescencja zachodzi, gdy foton o odpowiedniej energii jest absorbowany przez atom lub cząsteczkę, co powoduje wzbudzenie elektronu do wyższego stanu energetycznego. Po pewnym czasie, elektron powraca do stanu podstawowego, emitując foton o niższej energii niż foton absorbowany. Różnica energii pomiędzy absorbowanym a emitowanym fotonem jest zazwyczaj rozpraszana w postaci ciepła.
Zastosowania fotoluminescencji
Fotoluminescencja znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak:
- Oświetlenie. wykorzystanie fosforescencyjnych materiałów w świetlówkach i innych źródłach światła.
- Bezpieczeństwo. materiały fosforescencyjne są stosowane w znakach bezpieczeństwa i drogowych, które muszą być widoczne w ciemności.
- Biologia i medycyna. fluorescencyjne barwniki są używane w mikroskopii fluorescencyjnej oraz w technikach obrazowania, takich jak PET (pozytonowa tomografia emisyjna).
- Elektronika. w wyświetlaczach OLED i niektórych typach diod LED, gdzie wykorzystuje się zjawisko fotoluminescencji do przekształcania energii elektrycznej w światło.
Fotoluminescencja jest kluczowym zjawiskiem w naukach przyrodniczych i technologii, umożliwiającym zrozumienie i wykorzystanie procesów emisji światła przez różne materiały. Jest to zjawisko szeroko wykorzystywane w praktycznych aplikacjach, od oświetlenia po zaawansowane techniki diagnostyczne i obrazowania w medycynie.
