La fluorescenza e la fosforescenza sono due meccanismi che emettono luce o esempi di fotoluminescenza. Però, i due termini non significa la stessa cosa e non accade allo stesso modo. Sia nella fluorescenza che nella fosforescenza, le molecole assorbono la luce ed emettono fotoni con meno energia (più a lungo lunghezza d'onda), ma la fluorescenza si verifica molto più rapidamente della fosforescenza e non cambia la direzione di rotazione di gli elettroni.
Ecco come funziona la fotoluminescenza e uno sguardo ai processi di fluorescenza e fosforescenza, con esempi familiari di ogni tipo di emissione luminosa.
La fotoluminescenza si verifica quando le molecole assorbono energia. Se la luce provoca eccitazione elettronica, le molecole vengono chiamate eccitato. Se la luce provoca eccitazione vibrazionale, le molecole vengono chiamate caldo. Le molecole possono eccitarsi assorbendo diversi tipi di energia, come energia fisica (luce), energia chimica o energia meccanica (ad esempio attrito o pressione). La luce assorbente o i fotoni possono far sì che le molecole diventino calde ed eccitate. Quando eccitati, gli elettroni vengono elevati a un livello di energia più elevato. Quando ritornano a un livello di energia più basso e più stabile, i fotoni vengono rilasciati. I fotoni sono percepiti come fotoluminescenza. I due tipi di fotoluminescenza ad fluorescenza e fosforescenza.
In fluorescenza, la luce ad alta energia (lunghezza d'onda corta, alta frequenza) viene assorbita, portando un elettrone in uno stato di energia eccitata. Di solito, la luce assorbita è dentro la gamma ultravioletta, Il processo di assorbimento si verifica rapidamente (per un intervallo di 10-15 secondi) e non cambia la direzione della rotazione dell'elettrone. La fluorescenza si verifica così rapidamente che se si spegne la luce, il materiale smette di brillare.
Il colore (lunghezza d'onda) della luce emessa dalla fluorescenza è quasi indipendente dalla lunghezza d'onda della luce incidente. Oltre alla luce visibile, viene rilasciata anche la luce infrarossa o IR. Il rilassamento vibrazionale rilascia luce IR circa 10-12 secondi dopo l'assorbimento della radiazione incidente. La diseccitazione allo stato fondamentale dell'elettrone emette luce visibile e IR e si verifica circa 10-9 secondi dopo che l'energia è stata assorbita. La differenza di lunghezza d'onda tra gli spettri di assorbimento e di emissione di un materiale fluorescente è chiamata sua Stokes shift.
Le luci fluorescenti e le insegne al neon sono esempi di fluorescenza, così come i materiali che si illuminano sotto una luce nera, ma smettono di brillare una volta spenta la luce ultravioletta. Alcuni scorpioni saranno fluorescenti. Brillano fintanto che una luce ultravioletta fornisce energia, tuttavia l'esoscheletro dell'animale no proteggilo molto bene dalle radiazioni, quindi non dovresti tenere una luce nera accesa per molto tempo per vedere uno scorpione bagliore. Alcuni coralli e funghi sono fluorescenti. Molte penne evidenziatori sono anche fluorescenti.
Come nella fluorescenza, un materiale fosforescente assorbe la luce ad alta energia (di solito ultravioletta), facendo spostare gli elettroni in uno stato di energia superiore, ma la transizione verso uno stato di energia inferiore avviene molto più lentamente e la direzione dello spin dell'elettrone può modificare. I materiali fosforescenti possono sembrare brillare per alcuni secondi fino a un paio di giorni dopo lo spegnimento della luce. Il motivo per cui la fosforescenza dura più a lungo della fluorescenza è perché gli elettroni eccitati saltano a un livello di energia più elevato rispetto alla fluorescenza. Gli elettroni hanno più energia da perdere e possono trascorrere del tempo a diversi livelli di energia tra lo stato eccitato e lo stato fondamentale.
Un elettrone non cambia mai la sua direzione di rotazione in fluorescenza, ma può farlo se le condizioni sono giuste durante la fosforescenza. Questa rotazione può verificarsi durante l'assorbimento di energia o successivamente. Se non si verifica alcun capovolgimento, si dice che la molecola si trova in a stato singoletto. Se un elettrone subisce una rotazione a rotazione stato di tripletta è formato. Gli stati di tripletto hanno una lunga durata, poiché l'elettrone non cadrà in uno stato di energia inferiore fino a quando non tornerà al suo stato originale. A causa di questo ritardo, i materiali fosforescenti sembrano "brillare nel buio".
I materiali fosforescenti vengono utilizzati nei mirini delle pistole, bagliore nelle stelle scuree la vernice utilizzata per realizzare murales di stelle. L'elemento fosforo si illumina al buio, ma non per fosforescenza.