¿Cómo funcionan las cosas que brillan en la oscuridad?

Lo curioso es que el mecanismo es extremadamente complicado y los científicos tienen dificultades para diseñar materiales que hagan esto.

Hay un material fosforescente mezclado con el plástico. Cuando la ilumina, el material absorbe la energía y provoca una transición electrónica. Ahora viene la parte extraña: en algunas moléculas, hay una transición ‘prohibida’ a un estado de giro electrónico diferente. Una vez que llegue a este punto, hay un retraso (vida útil de decaimiento) hasta que se pueda liberar la energía porque primero tiene que deshacer la transición de giro.

Permítame recordarle que hay millones de moléculas discretas que hacen esto al mismo tiempo, por lo que algunas de ellas se relajarán rápidamente y otras tomarán más tiempo. Es por eso que tiene que ‘cargar’ el plástico bajo luz intensa durante un tiempo antes de que pueda funcionar. También tenga en cuenta que solo una fracción de ellos pasará por la transición de giro en un momento dado: es un evento de probabilidad relativamente baja.

Si apaga la luz, las moléculas revertirán lentamente los estados de rotación y luego liberarán un brillo fosforescente que siempre es más débil que la luz que usó para cargarla. Observe cómo la luz se atenúa con el tiempo: la población de estados cargados decae lentamente hasta que prácticamente no queda nada. Es bastante diferente de la iluminación de estado sólido, como los LED que son instantáneamente brillantes y luego instantáneamente oscuros.

Fuentes: He realizado investigaciones académicas sobre iluminación fosforescente.

1. Un fósforo (sulfuro de zinc, aluminato de estrio) se mezcla en plástico y se moldea.
2. Este fósforo se ‘carga’ sosteniéndolo cerca de una bombilla o simplemente estando en una habitación que está iluminada.
3. Cuando apaga las luces, el fósforo emite una luz suave, generalmente verde. El factor de persistencia del fósforo particular afectará la duración.

La mayoría de los elementos que brillan en la oscuridad del tipo que “carga” al exponerse a la luz, y que emiten un brillo verdoso, contienen sulfuro de zinc que ha sido dopado con una pequeña cantidad de cobre. En términos no muy técnicos, lo que sucede es que el sulfuro de zinc absorbe luz en el ultravioleta cercano, lo que excita un electrón desde la banda de valencia (estado fundamental, más o menos) a la banda de conducción (estado excitado). Ese electrón luego experimenta relajación no radiactiva (lo que significa que interactúa con los átomos en el sólido a través de vibraciones) y “cae” en un nivel de energía intermedio asociado con un átomo de cobre. Este nivel de energía se llama “trampa”, porque el electrón permanece allí durante mucho tiempo, hasta varias horas. Cuando finalmente se relaja todo el camino de regreso a la banda de valencia, emite un fotón de luz verde.

Ahora para algunas cosas un poco más técnicas: el sulfuro de zinc es un semiconductor con un intervalo de banda de aproximadamente 3.5 a 3.9 eV, dependiendo de la estructura cristalina. El borde de absorción de fotones correspondiente está en el UV cercano. Los átomos de cobre crean un nivel de energía dentro del intervalo de banda, a aproximadamente 2 eV por encima de la banda de valencia. La transición electrónica desde el nivel de la trampa de cobre a la banda de valencia está prohibida por las reglas de selección (implica un giro de giro), por lo que la vida útil es tan larga.

El brillo en la oscuridad ocurre debido a un proceso llamado fluorescencia en el que el material utilizado en la fabricación de un producto absorbe la luz y emite lo mismo en la oscuridad.

Técnicamente, los electrones absorben la luz y se excitan y se mueven a orbitales más altos. En la oscuridad, comienzan a perder energía emitiéndola en forma de luz y luego caen a los orbitales inferiores. De nuevo, cuando se golpea con la luz, ocurre el mismo proceso.

Los materiales no radioactivos no pueden brillar en la oscuridad por períodos más largos sin exposición a la luz.

Brillan sobre el principio de fosforescencia. Hay algunos estados metaestables en los átomos. Cuando obtienen energía del medio ambiente, la absorben y entran en estados metaestables donde pueden quedarse. Más tarde, en la oscuridad, cuando regresan al estado fundamental, la energía absorbida se irradia debido a la cual brillan.