형광물질이 빛을 내는 원리는 무엇인가요?

Question

저의 아이들이 어릴때 아이들의 방 벽에 달, 별 모양의 형광물들을 부착해 주곤 했습니다. 등을 끄고 아이들과 나란히 누워 바라보던 별들과 달의 모습이 지금도 떠오르는데요. 광원으로부터 나오는 빛을 반사하는 다른 물질과 달리 어둠속에서도 형광물질이 빛을 내는 원리가 무엇인지 알고싶습니다.

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

형광물질은 빛을 받게되면 에너지형태로 저장하게되는데, 이때 전자는 들뜬상태가 됩니다.

이 상태에서 형광물질은 자연적으로 빛으로에너지를 발산하며 천천히 안정상태로 되돌아옵니다.

감사합니다.

Answer 2

형광물질이 색을 내는 원리는 형광물질을 이루는 형광분자는 특정한 양의 에너지를 흡수할 수 있는데, 화학에너지, 전기에너지, 빛 에너지 등 종류의 상관없이 흡수할 수 있습니다. 이렇게 에너지를 흡수하면 형광분자는 힘이 넘쳐나기 때문에 가만히 있기 힘들어 하고, 이 때문에 분자 내부에 존재하는 전자에게 에너지를 주고 멀리 떨어져 있게 합니다. 에너지를 가져간 전자는 다시 원래 자리로 돌아가고 싶어해 에너지를 외부로 버리고 다시 원래 자리로 돌아갑니다. 이때 버려진 에너지 대부분이 빛 에너지가 되는데, 이 빛이 바로 형광 분자의 색입니다.

형광분자가 외부 빛을 흡수해서 노란색의 빛을 내면 노란 형광빛을 내는 분자이고, 초록색의 빛을 내면 초록 형광빛을 내는 분자입니다. 따라서 일반적인 색은 반사된 빛을 보지만 형광색은 물질에서 나오는 빛을 보는 것입니다. 야광 스티커는 이러한 형광물질을 이용하여 만들어져 아이들의 방 천장에 붙여 놓고 불을 끄면 빛이 나는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 만약 이 스티커가 외부에서 오는 빛 에너지를 충분히 흡수 하지 못했다면 다시 빛을 낼 수 있는 에너지가 없어서 야광 형광빛을 볼 수가 없게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

형광물질은 자외선에 잘 반응하는 원자들로 구성되어있습니다.

형광물질의 원자내 전자는 자외선의 에너지에 의해 들뜬 상태가 됩니다. 그리고 곧바로 다시 낮은 에너지 상태가 되며 빛을 방출합니다. 이 때 방출된 빛은 가시광선 영역의 빛이기 때문에 밝게 빛나며 우리눈에 비치는 것이죠. 그래서 형광물질이 태양 빛을 받으면 빛을 발하는 것입니다.

조금 더 자세히 설명드리면, 원자내에는 원자핵과 원자핵 주위로 전자가 존재합니다. 전자는 안정적인 위치에 존재하게 되는데, 외부에서 에너지를 받으면 이를 흡수하여 불안정한 상태(들뜬 상태)가 되며 높은 에너지를 갖게됩니다. 그리고 곧바로 전자는 안정적이게 되려하는 성질이 있어 다시 안정적인 상태(바닥 상태)인 에너지가 낮은 상태로 돌아갑니다. 이 때 높은 에너지에서 낮은 에너지 상태로 바뀌면서 에너지를 내놓게 되는데, 빛 에너지로 방출됩니다.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 4

형광의 원리는 반딧불이의 원리와 같습니다.

반딧불이가 빛을 내는 생물발광을 실생활에 적용한 것입니다.

야광은 다이페닐옥살레이트라는 형광물질과 과산화수소로 이루어져 있는데,

내부에서 이 두 물질이 만나 이산화탄소가 발생됩니다.

이 과정에서 생성된 에너지가 빛을 내는데 이것이 형광물질이 됩니다.