Propriétés optiques des matériaux

Fluorescence et birrefrigencia dans un cristal de calcite, deux des propriétés optiques des matériaux. Le faisceau laser est séparé en deux lors de la traversée du verre. Source: Wikimedia Commons.

Quelles sont les propriétés optiques des matériaux?

Le Propriétés optiques des matériaux Ce sont ceux qui sont révélés lorsque la matière interagit avec le rayonnement électromagnétique. Ces propriétés expliquent divers phénomènes tels que la couleur, la transparence ou l'opacité.

Les différentes structures des matériaux, au niveau moléculaire, font absorber la lumière et se reflètent de différentes manières, produisant des effets variés. La compréhension de ces phénomènes est fondamentale dans de nombreuses technologies actuelles, telles que celles basées sur les fibres optiques.

Maintenant, le rayonnement électromagnétique et particulièrement léger, qui est la partie visible du spectre, interagit avec le milieu de trois manières différentes:

• Absorption, une partie du faisceau incident est complètement absorbée par l'environnement.
• Réflexion, une autre fraction d'énergie incidente se reflète sur le milieu d'origine.
• Transmission, le reste de l'énergie passe par l'environnement et est transmis à un autre support.

Grâce à cela, du point de vue optique, les matériaux sont classés comme:

• Transparent, ceux que la lumière se croise complètement, permettant de voir clairement les objets à travers eux.
• Translucide, absorber une partie de la lumière incidente et transmettre une autre, de sorte que tout objet vu à travers eux semble diffus.
• Opaque, il n'est pas possible de les voir, car ils absorbent complètement la lumière incidente.

Propriétés optiques les plus importantes

1. Briller

Cette qualité fait référence à l'apparence d'une surface lorsque la lumière y est réfléchie. Si des réflexes sont produits, la surface est brillante, quelle que soit sa couleur, et si au contraire, elle est éteinte, c'est une surface Matt.

Les surfaces métalliques basées sur l'argent, l'or, le cuivre, l'acier et d'autres métaux ont une luminosité métallique, comme leur nom l'indique. D'un autre côté, le polystyrène, certains plastiques et un rôle commun sont Matt.

Les métaux brillent parce que la lumière interagit avec ses électrons libres, a augmenté son degré de vibration, ce qui se traduit par le reflet de ses vagues lumineuses légères particulières.

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2. Couleur

Les objets sont de la couleur de la lumière qui se disperse. La lumière blanche contient toutes les longueurs d'onde et chacune d'elles est perçue comme une couleur différente: bleu, vert, jaune, rouge ... le ciel a l'air bleu, car les molécules de l'atmosphère dispersent de préférence cette longueur d'onde, absorbant les autres.

Au lieu de cela, les gouttes d'eau et les cristaux de glace se dispersent à l'extérieur d'eux pratiquement toutes les longueurs d'onde, et c'est pourquoi ils ont l'air blanc.

D'un autre côté, des métaux tels que l'or et le cuivre absorbent les longueurs d'onde du bleu et du vert, reflétant celles du jaune et du rouge. Et l'argent, l'acier et l'aluminium reflètent toutes les longueurs d'onde visibles et c'est pourquoi ils ont l'air blanc.

3. Transparence et opacité

Les matériaux qui permettent à toute la lumière visible qui les affecte sont transparentes. Tel est le cas de l'eau liquide, des feuilles acryliques transparentes et des cristaux de lunettes. D'un autre côté, les matériaux qui ne sont pas considérés comme opaques, par exemple en métal ou en bois.

Les matériaux translucides ont des caractéristiques intermédiaires, absorbent une partie de la lumière qui traverse et transmet le reste. Exemple de ce type de substances sont certaines huiles et cristaux de glace.

Il est important de noter que certains matériaux sont opaques à certaines longueurs d'onde et transparents avant d'autres. Un cas est l'atmosphère de la Terre, qui est largement opaque aux rayonnements infrarouges émis par la planète, étant transparent à la lumière qui vient du soleil.

4. Luminescence

Certaines substances exposées à certains stimuli énergétiques, ont la capacité d'absorber l'énergie, puis d'émettre spontanément une partie dans la gamme de lumière visible ou proche de celle-ci. Pour certains matériaux, l'exposition à la lumière du soleil est suffisante, d'autres nécessitent plutôt plus de rayonnement énergétique, comme les rayons x.

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Non seulement les rayonnements électromagnétiques entraînent une émission de lumière, mais aussi mécanique, électrique, thermique et plus.

Ce phénomène lumineux a son origine dans le fait que les électrons dans les atomes sont organisés en niveaux d'énergie discrets ou quantifiés. S'ils absorbent l'énergie, ils sont capables de passer d'un état de moins d'énergie à un plus grand, et lorsqu'ils reviennent plus tard à l'état d'origine, ils émettent un excès d'énergie sous forme de lumière.

• Fluorescence et phosphorescence

Il est appelé fluorescence à l'émission de lumière qui se produit dans 10^-8 quelques secondes après l'exposition du matériau à la source émettrice d'énergie. D'un autre côté, la phosphorescence se produit lorsque l'émission de lumière du matériau luminescent dure plus de 10^-8 secondes.

• Thermoluminescence

Certains matériaux isolants ou semi-conducteurs sont capables d'émettre de la lumière en chauffant en continu en dessous. À cause de cela, le solide émet une lumière plus tard.

Ce phénomène avec incandescence ne doit pas être confus, comme celui qui se produit lorsqu'un courant électrique traverse un filament conducteur de tungstène, dans une ampoule conventionnelle.

La thermoluminescence est fréquemment utilisée pour dater des objets en céramique qui contiennent certains minéraux. Avec cette méthode, des échantillons allant jusqu'à 500 peuvent être datés.000 ans.

• Triboluminescence

Certains types de quartz et de cristaux de sucre de canne émettent la lumière lorsqu'ils sont effondrés, frottés ou déformés d'une manière ou d'une autre. Parfois, certains tremblements de terre s'accompagnent de phénomènes légers associés à la triboluminescence des roches dans le cortex terrestre.

• Électroluminescence

Ce sont des substances semi-conductrices qui émettent de la lumière lorsqu'une différence de potentiel est appliquée. L'effet est largement utilisé dans les panneaux automobiles, les jouets et les éléments décoratifs.

• Chimioluminescence et bioluminescence

Certaines réactions chimiques libèrent de l'énergie sous forme de lumière et si elles se produisent chez les êtres vivants, il est appelé bioluminescence, observé chez les insectes comme des pompiers et dans une grande partie de la vie marine.

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La chimioluminescence est utilisée en médecine légale. Le luminol réagit avec de petites quantités de fer sanguin et produit une légère lueur lorsque la pièce est en morosité.

5. Dicroisme

Certaines substances montrent différentes couleurs en fonction de l'angle à partir de laquelle ils regardent, c'est-à-dire qu'ils dispersent une certaine longueur d'onde à un certain angle.

6. Birrefringencia ou double réfraction

Ce sont des substances à l'intérieur dont la vitesse de la lumière n'est pas la même dans toutes les directions.

Un front d'onde lumineux qui affecte un tel matériau génère deux ensembles d'ondes secondaires tangentes, le long d'une direction spécifique, appelée axe optique. L'effet est qu'à travers un cristal de birrefringent, deux images du même objet sont vues, légèrement déplacées.

Exemple de substances birrefringent est la calcite et le quartz cristallin.

7. Photocromisme

C'est le changement de couleur dans certaines substances, causée par l'interaction avec un certain type de rayonnement électromagnétique ou un autre type de stimulus externe de type physique ou chimique, comme le passage d'un courant électrique, une frottement, un changement de pH ou de chaleur.

Ces matériaux sont utilisés à diverses fins, comme dans l'élaboration de lunettes pour l'amélioration sélective de l'acuité visuelle, des cristaux protecteurs pour les maisons et des indicateurs de patchs du degré d'explosions d'exposition, entre autres applications.

8. Polarisation

Les champs électromagnétiques qui composent la lumière non polarisée peuvent être déplacés dans n'importe quelle direction perpendiculaire à la direction de propagation. Mais il y a des substances qui lorsqu'ils sont traversés par une lumière non polarisée, laissez la lumière vibrer dans une certaine direction.

Un moyen d'obtenir une lumière polarisée est de le passer à travers un cristal de birrefringent et d'éliminer l'un des deux composants, comme dans le cas de Nicol's Prism.

Un cristal turmalin peut absorber la lumière qui vibre dans toutes les directions sauf en une, de sorte que les cristaux avec lesquels les feuilles de polaroïde sont fabriquées utilisent une turque.

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