fotofysische

Fotofysische processen vormen een onderdeel van de fysische chemie en de materiaalkunde dat zich richt op de interactie tussen licht en materie, met name bij moleculen en functionele materialen. Het vakgebied bestudeert wat er gebeurt wanneer een molecuul een foton absorbeert, welke elektronische toestanden ontstaan en hoe die energie uiteindelijk wordt gedissipeerd via radiatieve processen zoals emissie (fluorescentie of fosforescentie) of via niet-radiatieve kanalen. Het beschrijft ook hoe omgevingsfactoren zoals solventen en aggregatie de fotofysische eigenschappen beïnvloeden.

Belangrijke concepten zijn onder meer het Jablonski-diagram, met de grondtoestand S0 en opgewarmde toestanden zoals S1 en T1; processen als interne omzetting (IC), intersystem crossing (ISC) en vibrationale relaxatie; en de kwantumopbrengst van emissie. Fluorescentie ontstaat wanneer S1 terugvalt naar S0 met emissie van een foton, fosforescentie via T1 naar S0, terwijl niet-radiatieve kanalen energie dissiperen als warmte. Omgevingsfactoren zoals solventen, temperatuur en aggregatie beïnvloeden lifetimes en emissiespectra.

Technieken omvatten absorptiespectroscopie, emissiespectroscopie en time-resolved methoden zoals pump-probe en transient absorption, die de dynamiek op femtoseconde tot nanoseconde tijdschaal vastleggen. Fotofysica is essentieel voor toepassingen in luminescente materialen, zoals OLEDs, lichtabsorberende materialen voor zonne-energie en fluorescente labels voor biomedische imaging, waar de efficiëntie van excitatie en emissie de prestaties en veiligheid bepaalt.

Historisch gezien leverde het onderzoek naar fotofysische processen bij Einsteins werk over lichtquanta en de ontwikkeling van het Jablonski-diagram een kader voor het begrijpen van emissie- en absorptieprocessen. Het veld werd verder ontwikkeld door experimentele en theoretische chemici en fysici in de 20e eeuw en vormt een basis voor moderne spectroscopie en materialenwetenschap.