Bạn có từng thắc mắc về những đốm sáng lấp lánh trong đêm tối hay ánh sáng kỳ ảo từ màn hình tivi? Tất cả đều là nhờ vào hiện tượng quang phát quang – một hiện tượng độc đáo mà thiên nhiên ban tặng. Hãy cùng bước vào hành trình khám phá thế giới huyền bí này, nơi ánh sáng tỏa ra từ chính vật chất, mang đến cho chúng ta những ứng dụng vô cùng hữu ích trong đời sống.
Hiện tượng quang phát quang là gì?
Hiện tượng quang phát quang là gì?
Hiện tượng quang phát quang là hiện tượng một số chất hấp thụ năng lượng dưới dạng ánh sáng, bức xạ điện từ, năng lượng hóa học, cơ học,… và sau đó phát ra ánh sáng với bước sóng khác so với ánh sáng kích thích.
Nói cách khác, đây là sự tự phát sáng của vật chất mà không cần đốt nóng. Ánh sáng phát quang có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc không nhìn thấy (như tia hồng ngoại, tia tử ngoại).
Ví dụ:
- Đom đóm phát ra ánh sáng màu vàng lục do phản ứng hóa học.
- Màn hình tivi phát ra ánh sáng nhờ các chất phát quang kích thích bởi chùm electron.
- Quần áo huỳnh quang phát ra ánh sáng khi được chiếu sáng bởi đèn UV.
Phân loại hiện tượng quang phát quang
Phân loại hiện tượng quang phát quang
Hiện tượng quang phát quang được phân loại thành hai loại chính dựa trên thời gian phát quang sau khi tắt ánh sáng kích thích:
Huỳnh quang:
- Đặc điểm: Ánh sáng phát quang tắt ngay khi tắt ánh sáng kích thích.
- Thời gian phát quang: Rất ngắn, thường dưới 10^-8 giây.
Ví dụ:
- Ánh sáng phát ra từ đom đóm.
- Ánh sáng phát ra từ quần áo huỳnh quang khi được chiếu sáng bởi đèn UV.
- Chất lỏng huỳnh quang trong ống nghiệm.
Lân quang:
- Đặc điểm: Ánh sáng phát quang tiếp tục sau khi tắt ánh sáng kích thích.
- Thời gian phát quang: Dài hơn huỳnh quang, thường từ 10^-8 giây trở lên.
Ví dụ:
- Vết sơn phát quang trên đồng hồ.
- Đá dạ quang.
- Một số chất rắn được kích thích bởi ánh sáng mặt trời.
Ngoài ra, hiện tượng quang phát quang còn được phân loại theo nguồn năng lượng kích thích như:
- Nhiệt phát quang: Do nung nóng vật liệu.
- Hóa phát quang: Do phản ứng hóa học.
- Điện phát quang: Do tác động của dòng điện.
- Cơ phát quang: Do tác động cơ học.
- Quang phát quang: Do tác động của ánh sáng.
Xem thêm>> Nam châm vĩnh cửu là gì? Ứng dụng và cấu tạo
Định luật Stokes trong hiện tượng quang phát quang
Định luật Stokes trong hiện tượng quang phát quang
Định luật Stokes, hay còn gọi là nguyên lý Stokes, là một nguyên tắc cơ bản trong hiện tượng quang phát quang, được phát biểu bởi George Gabriel Stokes vào năm 1852. Định luật này nêu rằng:
Bước sóng của ánh sáng phát quang luôn dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích.
Nói cách khác, khi một vật liệu hấp thụ năng lượng dưới dạng ánh sáng có bước sóng λ, sau đó nó sẽ phát ra ánh sáng có bước sóng λ’ lớn hơn λ.
Giải thích:
Khi một photon (hạt ánh sáng) có năng lượng E kích thích một nguyên tử hoặc phân tử, nó sẽ đẩy một electron lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn. Sau đó, electron sẽ trở về trạng thái cơ bản và giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng photon mới có năng lượng E’. Năng lượng E’ thấp hơn E vì một phần năng lượng đã được sử dụng để kích thích rung động của nguyên tử hoặc phân tử. Do đó, bước sóng λ’ của photon mới lớn hơn λ của photon kích thích.
Ví dụ:
Khi chiếu ánh sáng xanh (λ ngắn) vào một dung dịch huỳnh quang, dung dịch này sẽ phát ra ánh sáng đỏ (λ dài) vì năng lượng dư thừa được giải phóng dưới dạng nhiệt.
Khi chiếu tia tử ngoại (λ ngắn) vào một số chất rắn, chúng sẽ phát ra ánh sáng可见 (λ dài) do các electron kích thích trở về trạng thái cơ bản.
Ứng dụng của hiện tượng quang phát quang
Hiện tượng quang phát quang có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống, bao gồm:
Chiếu sáng:
- Đèn huỳnh quang: Sử dụng bột huỳnh quang để hấp thụ ánh sáng tử ngoại từ đèn điện và phát ra ánh sáng trắng.
- Đèn LED: Sử dụng chip LED để phát ra ánh sáng nhờ hiện tượng tái tổ hợp electron – lỗ trống.
- Màn hình tivi: Sử dụng các chấm phát quang kích thích bởi chùm electron để tạo ra hình ảnh.
Y tế:
- Chẩn đoán hình ảnh: Sử dụng các chất huỳnh quang để phát hiện các khối u, vi khuẩn,…
- Điều trị ung thư: Sử dụng tia laser để kích thích các chất huỳnh quang trong tế bào ung thư, tiêu diệt chúng.
Khoa học:
- Nghiên cứu cấu trúc vật chất: Sử dụng các phương pháp quang phổ phát quang để nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử, phân tử,…
- Phân tích vật liệu: Sử dụng các phương pháp quang phổ phát quang để xác định thành phần của vật liệu.
An toàn:
- Bình cứu hỏa: Sử dụng các chất phát quang để đánh dấu vị trí của bình cứu hỏa trong bóng tối.
- Quần áo bảo hộ: Sử dụng các chất phát quang để tăng khả năng quan sát người lao động trong điều kiện thiếu sáng.
Giải trí:
- Đồ chơi phát quang: Sử dụng các chất phát quang để tạo ra các đồ chơi phát sáng trong đêm.
- Sơn phát quang: Sử dụng các chất phát quang để trang trí nhà cửa, tạo hiệu ứng ánh sáng độc đáo.
