Matériaux fluorescents courant

Qu’est ce que la fluorescence?

Une analogie pourrait grandement aider à comprendre ce processus qui est très complexe pour ceux qui non jamais fait de mécanique quantique. Considérons un balle qu’on laisse tomber d’une certaine hauteur h. L’énergie potentielle initiale de la balle est mgh (m = masse de la balle et g=9.8 m/s^2 est la constante gravitationnelle terrestre) et puisque la balle n’a aucune énergie cinétique initialement, alors l’énergie totale de la balle est également de mgh. Lorsque la balle rebondit sur le sol, elle cède une partie de son énergie cinétique au sol sous forme de chaleur et de vibration. Ainsi, puisque l’énergie totale de balle n’est plus mgh maintenant, la balle ne pourra plus remonter à la même hauteur h, mais à une hauteur beaucoup plus faible après le rebondissement. La hauteur à laquelle la balle remonte dépend des propriétés de la balle et du sol.

De la même manière, une lumière laser d’une certaine couleur qui frappe un matériau peut changer de couleur, car elle cède une partie de son énergie au matériau sous forme de chaleur et de vibration. Le fait que la lumière change de couleur est en faite dû au fait que la couleur de la lumière est directement relié à son énergie. Par exemple, l’énergie d’une lumière rouge est beaucoup plus faible que celle d’une lumière bleu. En ordre de la couleur de plus faible énergie à celle de plus grande énergie on a: (rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet). Par contre, l’énergie d’une certaine lumière ne dépend pas seulement de sa couleur, mais également d’une autre chose: son intensité. Ainsi, une lumière bleu est seulement plus énergétique que la lumière rouge quand les deux lumières sont de même intensité. Il faut d’abord comprendre que la lumière est en effet fait de ”petite bille” appelé photon. Plus il y a de photon dans une certaine lumière, plus elle est intense et donc plus elle est énergétique. L’énergie de la lumière E est proportionnel au nombre de photon N (quand le nombre de photon est très très grand) et à la fréquence de la lumière v (qui est relié à sa couleur). L’énergie d’une certain quantité de lumière est donné par E = Nhv, où h est une constante nommé la constante de planck. Par contre, quand la lumière frappe un matériau, oui elle peut perdre de l’énergie et changer de couleur, mais chaque photon qui frappe le matériau ne change pas tous à la même couleur nécessairement. Le graphique du nombre de photon d’une certaine couleur (ou fréquence) en fonction de la fréquence après que ces photons aient frappé le matériau est appelé le spectre de fluorescence du matériau. Chaque spectre de fluorescence est spécifique à un matériau et on peut déterminer quelle matériau on étudie seulement en étudiant le spectre de fluorescence de ce matériau. Certain matériau on un spectre de fluorescence qui contient tellement peut de photon qu’on dit qu’ils ne sont pas fluorescent, les autres sont dit fluorescent.

La fluorescence d’un bracelet d’hôpital dans le vert lorsque celui-ci est illuminé par un laser violet (405 nm). Le faisceau laser ne paraît pas violet dans la photo dû au fait que le bois derrière est également fluorescent, mais cette fois dans le bleu. La photographie est une exposition de longue durée, expliquant le fait qu’on voit le trajet du laser.

Fluorescence d’un bécher d’huile usée dans le jaune lorsque celui-ci est illuminé par un laser vert (532 nm). On voit la réflection du laser sur le bécher qui montre que le laser est effectivement vert. Cette huile est utilisée pour les pompes à vide à notre laboratoire.

Fluorescence de post it lorsque ceux-ci sont illuminés par un laser violet (405 nm). La photographie est une exposition de longue durée, expliquant le fait qu’on voit le trajet du laser.

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Un crochet à lingue fluorescent dans le orange lorsqu’il est illuminé par un faisceau laser violet (405 nm). Dans l’image du bas, on voit à gauche de l’image le spectre de fluorescence du crochet qui montre que la fluorescence n’est pas seulement dans le orange, mais également dans le rouge et le vert. Le spectre a été obtenu à l’aide d’un réseau de diffraction en transmission.

Ci-dessous, on voit des photos qui illustre le spectre de fluorescence de différent post-it (les mêmes que ceux qu’on a vu dans une photo précédente) lorsque ceux-ci sont soumis à un laser violet de 405 nm.

Post-it vert.

Post-it rose pale.

Post-it rose foncé.

J’ai été supris après avoir dirigé mon laser violet (405 nm) vers un arbre en plein milieu de la nuit. En effet, je me suis aperçu que l’arbre continait à illuminer vert après que j’avais fermé mon laser. Ce qui illuminait était le lichen encerclé en rouge dans la prochaine figure:

Cette illumination était due au fait que le lichen était phosphorescent. En plus, le lichen était également fortement fluorescent que peut le montrer la prochaine figure:

Étant étudiant en physique, j’ai décidé d’aller faire un spectre d’émission de cette fluorescence. Cela m’a donné la figure suivante (on peut voir le pic dû au laser autour de 405 nm):

Je cherche toujours l’espèce de lichen qui cause cela (son nom scientifique).