형광펜으로 글씨를 칠하면 어두운 곳이나 자외선 아래에서 빛이 나는 원리를 형광 물질이 빛 에너지를 흡수하고 방출하는 과정으로 설명해 주세요.

Question

형광펜으로 글씨를 칠하면 어두운 곳이나 자외선 아래에서 빛이 나는 원리를 형광 물질이 빛 에너지를 흡수하고 방출하는 과정으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

형광펜을 칠한 글씨가 눈부시게 밝아 보이거나 자외선 아래에서 빛이 나는 이유는 형광펜 속 형광 염료 분자가 높은 에너지를 가진 짧은 파장의 빛을 흡수한 뒤, 에너지가 낮고 파장이 긴 가시광선으로 바뀌며 나오는 형광 현상 때문입니다.

햇빛이나 전등, 자외선 조명 속에는 자외선이나 푸른색 계열의 빛이 포함되어 있습니다. 형광펜의 염료 분자가 이 고에너지 빛을 받으면, 내부의 전자가 에너지를 흡수하여 바닥 상태에서 에너지가 높은 들뜬 상태로 올라가게 되고 들뜬 상태의 전자는 매우 불안정해집니다. 불안정한 전자는 다시 안정해 지기 위해 바닥 상태로 돌아 가게 되면서 이때 에너지를 빛의 형태로 방출합니다.

이때 열로 일부 에너지를 잃었기 때문에 방출되는 빛의 에너지는 흡수했던 빛의 에너지보다 반드시 작아지게 되고, 에너지가 낮아졌다는 것은 빛의 파장이 길어졌다는 것입니다. 따라서 형광펜에 자외선 조명을 비추면, 형광 염료가 눈에 보이지 않는 자외선을 흡수한 뒤 파장이 길어져 눈에 보이는 가시광선으로 바뀌어 우리 눈에 보이게 되는 것입니다.