Phát quang là hiện tượng quang học thường thấy trong tự nhiên, đây cũng là kiến thức quang trọng và ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Vậy thì phát quang là gì và hiện tượng này xảy ra như thế nào? Cùng nhamaydenled tham khảo ngay trong bài viết dưới đây.
Hiện tượng phát quang là gì?
Hiện tượng phát quang là quá trình một số chất ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí phát ra ánh sáng sau khi hấp thụ một dạng năng lượng nhất định. Khi nhận năng lượng bên ngoài, các chất này sẽ phát ra bức xạ điện từ, trong đó bao gồm ánh sáng có thể nhìn thấy được.
Một số vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng này và phát ngược ra ở bước sóng khác, đây chính là hiện tượng của phát quang, những chất này có khả năng phát sáng theo cơ chế này được gọi là chất phát quang.
Phân loại các hiện tượng phát quang
Trong tự nhiên và đời sống, hiện tượng phát quang sẽ được chia thành năm loại phổ biến, mỗi loại sẽ có một cơ chế kích thích khác nhau:
Nhiệt phát quang: Xảy ra khi một vật liệu đã hấp thụ năng lượng và lưu trữ nó, sau đó mới phát ra ánh sáng được nung nóng, ví dụ, một số khoáng vật có thể phát quang khi được làm nóng sau khi tiếp xúc với phóng xạ.
Điện phát quang: Hình thành khi có dòng điện đi qua các linh kiện bán dẫn, ví dụ đơn giản như là đèn led – loại đèn phát sáng ra nhờ dòng điện chạy qua các khối bán dẫn này.
Hóa phát quang: Diễn ra khi các phản ứng hóa học tạo ra ánh sáng, với một ví dụ quen thuộc là ánh sáng phát ra từ cơ thể đom đóm vào ban đêm.
Quang phát quang: Là hiện tượng một chất hấp thụ ánh sáng ở bước sóng này và phát ra ánh sáng của bước sóng khác, đây là cơ sở hoạt động của nhiều loại vật liệu phát sáng đặc biệt.
Phát quang catot: Thường xuất hiện trong các thiết bị màn hình cũ như tivi hoặc màn hình máy tính dùng cho tia âm cực.
Huỳnh quang và lân quang
Người ta chia quang và phát quang thành 2 loại tùy theo thời gian phát quang
Huỳnh quang là hiện tượng phát quang có thời gian ngắn (dưới 10 – 8s). Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như sẽ tắt luôn sau khi tắt ánh sáng kích thích, thường xảy ra với chất khí và lỏng.
Lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài từ 10 – 8s, lân quang thường sẽ xảy ra với các chất thể rắn.
Ví dụ: sơn quét các cọc chỉ giới đường hoặc các biển báo giao thông là các chất lân quang.
Cơ chế hoạt động của hiện tượng phát quang
Hiện tượng phát quang là khi một chất phát ra ánh sáng sau khi hấp thụ năng lượng, đây là một dạng “ánh sáng lạnh” không sinh nhiệt đáng kể.
Về cơ bản, quá trình diễn ra theo ba bước: đầu tiên, electron trong chất hấp thụ năng lượng (từ ánh sáng, điện, nhiệt hoặc phản ứng hóa học) và nhảy lên trạng thái năng lượng cao hơn. Vì trạng thái này không ổn định các electron có thể sẽ nhanh chóng quay lại trạng thái năng lượng thấp hơn.
Khi đó, năng lượng dư thừa được giải phóng, chủ yếu dưới dạng photon ánh sáng, từ đó tạo ra ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy. Đặc biệt trong phát quang, ánh sáng phát ra luôn có bước sóng dài hơn ánh sáng kích thích.
Hiện tượng này được chia thành huỳnh quang(ánh sáng tắt ngay khi ngừng kích thích) và lân quang (ánh sáng kéo dài một thời gian khi ngừng kích thích)
Ứng dụng hàng ngày của phát quang
Hiện tượng phát quang ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đời sống và công nghệ, nhờ khả năng phát sáng đặc biệt, phát quang trở thành nền tảng cho hàng loại thiết bị hiện đại, dưới đây là một số ứng dụng phổ biến.
Ngành chiếu sáng: Các loại đèn huỳnh quang, đèn led đều hoạt động dựa trên nguyên lý phát quang, mang lại hiệu quả chiếu sáng cao và tiết kiệm năng lượng.
Y học: Phát quang được sử dụng trong thiết bị chụp tia X, máy xét nghiệm sinh hóa, máy phân tích miễn dịch, hỗ trợ chẩn đoán và điều chỉnh bệnh chính xác hơn.
Thiết bị biết tử: Tivi, màn hình máy tính, điện thoại thông minh và laptop đều sử dụng công nghệ phát quang trong hiển thị hình ảnh.
Công cụ đo dạc chuyên dụng: Trong ngành hàng không, hàng hải và các thiết bị như đồng hồ phát sáng trong bóng tối cũng đều dựa trên nguyên lý chiếu sáng.
Những ví dụ nổi bật và thú vị về hiện tượng phát quang trong tự nhiên và đời sống
Hiện tượng phát quang không chỉ là một chủ đề hấp dẫn trong vật lý mà còn hiện diện rất phong phú trong tự nhiên và cuộc sống hằng ngày, mang đến cả giá trị ứng dụng lẫn những hình ảnh kỳ diệu. Dưới đây là một số ví dụ tiêu biểu:
Đom đóm và sinh vật biển phát sáng – Hóa phát quang tự nhiên
Một trong những hiện tượng phát quang tự nhiên đẹp nhất là ánh sáng phát ra từ đom đóm, sứa và nhiều vi sinh vật biển. Đây là kết quả của phản ứng hóa học trong cơ thể, gọi là hóa phát quang.
Ở đom đóm, phản ứng này liên quan đến luciferin, enzyme luciferase, oxy và ATP – tạo ra ánh sáng dịu dùng để thu hút bạn tình hoặc làm tín hiệu bảo vệ. Với một số loài sứa, ánh sáng này góp phần tạo nên cảnh tượng lung linh dưới đại dương vào ban đêm.
Vật liệu dạ quang – Hiện tượng lân quang trong đời sống
Bạn có thể dễ dàng bắt gặp vật liệu dạ quang ở các biển báo thoát hiểm trong rạp phim, đồng hồ đeo tay hoặc đồ chơi phát sáng.
Chúng hấp thụ ánh sáng ban ngày (hoặc từ đèn) rồi tiếp tục phát sáng trong bóng tối suốt một thời gian dài. Đây chính là lân quang – nơi năng lượng ánh sáng được lưu trữ rồi từ từ giải phóng.
Đèn huỳnh quang và đèn LED – Ánh sáng từ quang phát quang và điện phát quang
Đèn huỳnh quang: Dòng điện bên trong ống đèn làm thủy ngân phát ra tia cực tím (UV). Lớp bột huỳnh quang bên trong hấp thụ UV và phát ra ánh sáng nhìn thấy – một ví dụ điển hình của quang phát quang.
Đèn LED (Light Emitting Diode): Ánh sáng phát ra khi dòng điện đi qua vật liệu bán dẫn, khiến các electron và lỗ trống tái hợp và phát sáng – gọi là điện phát quang. LED hiện là công nghệ chiếu sáng tiết kiệm và phổ biến nhất.
Bút dạ quang – Ứng dụng huỳnh quang trong học tập
Mực trong bút dạ quang chứa chất huỳnh quang. Khi chiếu sáng (thường từ tia UV hoặc ánh sáng xanh), mực hấp thụ và phát ra ánh sáng rực rỡ – làm nổi bật những dòng chữ quan trọng trên giấy.
Áo phản quang và biển báo giao thông – Tăng độ nhận diện bằng huỳnh quang
Nhiều áo bảo hộ và biển báo được phủ chất huỳnh quang giúp phản chiếu ánh sáng mạnh hơn khi có đèn chiếu vào, đặc biệt là vào ban đêm hoặc nơi ánh sáng yếu. Điều này giúp tăng mức độ an toàn và dễ nhận biết trong giao thông và xây dựng.
Tia X và màn hình y tế – Phát quang trong hình ảnh hóa
Trong chụp X-quang, tia X vốn không nhìn thấy được. Tuy nhiên, khi chúng va vào tấm cảm biến hoặc màn hình phủ vật liệu phát quang, năng lượng sẽ được chuyển hóa thành ánh sáng – tạo nên hình ảnh X-quang rõ ràng.
Tương tự, các màn hình CRT (tivi cũ) cũng hoạt động theo nguyên lý catod phát quang (cathodoluminescence) – chùm electron bắn vào lớp phốt pho để tạo ra hình ảnh trên màn hình.
Qua những thông tin vừa chia sẻ, chắc hẳn bạn đã phần nào giải đáp thắc mắc phát quang là gì và vì sao hiện tượng này được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Dù tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, phát quang mang đến những giá trị thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy sự phát triển của công nghệ hiện đại.
