شیشه فتوکرومیک

حدود صد سال است که بشر با پدیده فتوکرومیسم آشنا شده است. مسبب این پدیده، پاره­ای مواد هستند. این مواد چنانچه در برابر نور خورشید یا هر پرتو الکترومغناطیسی مناسبی قرار گیرند تیره می شوند. موقعی هم که تابش نور خورشید یا پرتوهای الکترومغناطیسی به آن ها را قطع کنند، رنگ اولیه شان را باز می یابند. تا به حال چند درصد ترکیب فوتوکرومیک شناخته شده و مکانیزم های گوناگونی در آنها (هنگام تیره شدن به سبب قرار گرفتن در نور خورشید یا پرتو الکترومغناطیسی)، صورت می گیرد. اما تمامی این مکانیزم­ها، متکی هستند به اتم ها یا مولکول هایی که دو حالت دارند (به عبارت دیگر می توانند در دو حالت و با آرایش های اتمی، مولکولی یا الکترونی متفاوت وجود داشته باشند). این مولکول ها در حالت معمولی، بی رنگ هستند. اما موقعی که نور به آن ها می تابد به حالت دیگر در می آیند که در این حالت رنگی می شوند. با نبودن نور، این مولکول ها به حالت اولیه شان بر می گردند.

شیشه فتو_رومی_از مایعات فتوکرومیک برای رنگ آمیزی عروسک ها استفاده می شود. لذا این عروسک ها در نور خورشید به رنگ قهوه ای در می آیند و در روشنایی اتاق، رنگ آن ها دو مرتبه روشن می شود. از جمله کاربردهای پتانسیلی دیگر فتوکرومیسم، عبارت اند از عینک های آفتابی خود تنظیم و شیشه جلوی هواپیما که هدف از آن محافظت خلبان در برابر پرتوهای جرقه ای ناشی از انفجار هسته ای است. همچنین از فتوکرومیسم برای حافظه وسایل اپتیکی و نگهداری کننده اطلاعات استفاده می شود. اما تا این اواخر، پیشرفت علمی چندانی در امر تولید این شیشه ها صورت نگرفته بود زیرا این شیشه ها را در هر وسیله ای به کار می بردند، پس از چند نوبت تاریک و روشن شدن، استهلاک پیدا می­کردند. انجام روندهای فتوکرومیک، باعث پدید آمدن مواد بسیار فعال از لحاظ شیمیایی می­شود و این مواد بی چون و چرا در مقابل اکسیژن یا رطوبت یا مواد شیمیایی دیگر، واکنش می دهند و به این ترتیب مقداری از ماده فوتوکرومیک و در نتیجه خاصیت فتوکرومیک شیشه از بین می رود.

کارخانه کورنینگ گلس، شیشه های فوتوکرومیکی تولید کرده که در آن ها این مشکل حل شده است. تکه هایی از این شیشه را بیش از دو سال، شب و روز در روشنایی بیرون از منزل و حدود دو هزار بار در روشنایی اتاق قرار داده اند بی آنکه خاصیت فتوکرومیکی آن کاهش قابل توجهی داشته باشد.

وجود خاصیت فتوکرومیسم به سبب وجود بلورهای پراکنده در هالیدهای نقره و کلوئیدی (کلرایدها، برومایدها، یدایدها یا مخلوطی از این ها) است. این بلورها، در خلال سرد کردن و حرارت مجدد شیشه مذاب، از حالت محلولی خارج می شوند و به این ترتیب می توانند به صورت ذرات بسیار ریز (حدوداً به قطر ۵۰ آنگستروم) درآیند و تراکم این ذرات نیز می تواند بسیار کم باشد.

طول موج هایی که باعث تاریک شدن این شیشه ها می­شوند به ترکیب شیمیایی شیشه بستگی دارد.شیشه ­های دارای کلراید نقره نسبت به منطقه بنفش و ماوراء بنفش طیف نور حساس اند. اما افزودن بروماید یا یداید، حساسیت شیشه را به منطقه نور مرئی می کشاند. شیشه های ویژه ای که کلراید نقره دارند و در برابر اشعه ماورای بنفش تاریک می شوند، ویژگی جالبی دارند طوری که نور مرئی رنگ باختن آن ها را تسریع می کند. برعکس رنگ این شیشه ها در برابر اشعه ماورای بنفش زودتر از زمانی که در برابر مخلوطی از پرتوهای ماورای بنفش و نور مرئی قرار می گیرند، تاریک می شود. به عبارت دیگر،پرتوهای نور مرئی، خاصیت رنگ بری اپتیکی دارند و این، با روند تاریک شدن شیشه به مقابله می پردازد. به طور کلی افزایش دما تاثیر کاهنده ای روی رنگی شدن هر کدام از این شیشه های فتوکرومیک دارد.شیشه فتو_رومی_2

شیشه فتو_رومی_1

اعتقاد بر آن است که رنگی شدن این شیشه ها نیز مانند فیلم های معمولی عکس، به سبب تشکیل اتم های نقره خنثی است. پرتو نور، یک الکترون از یون کلراید آزاد   می­کند و این الکترون جذب نقره می شود. فرق مهم این شیشه ها با فیلم عکس آن است که در آن ها، تاریک شدن امری است برگشت پذیر و دلیل ان را دو چیز می­دانند:

  1. ریز بودن بلورهای این شیشه (در حالی که حجم یک بلور در یک امولسیون فیلم عکس، حدود ۶۰ میلیون برابر بزرگتر است و این به اتم های نقره اجازه می دهد که جمع شده و به صورت ذرات کلوئیدی درآیند).
  2. طبیعت شیشه. این شیشه ها تأثیر ناپذیرند. به عبارت دیگر اتم های کلر از منطقه واکنش خارج نمی شوند در حالی که در فیلم این اتم ها در واکنش حضور دارند و این اتم ها از لحاظ شیمیایی خنثی هستند. بنابراین نقره و کلر در اثر واکنش های دیگر از بین نمی روند. ترکیبات اصلی این نوع شیشه­ ها از این لحاظ اهمیت دارد و ظاهراً بهترین آن ها عبارت است از بوروسیلیکات های قلیایی. همچنین طبیعت این شیشه هاست که عامل جلوگیری از ترکیب شدن نقره و کلر و محافظت آن ها در برابر هواست و بنابراین از استهلاک آن ها جلوگیری می کند.

تفاوت عمده میان شیشه فوتوکرومیک و شیشه نقره دار حساس در برابر نور آن است که در اولی، یون های نقره بخشی از بلورهای هالید نقره هستند، اما در دیگری این یون ها در شیشه محلولند. روندی که در یک شیشه حساس در برابر نور صورت می گیرد، برگشت ناپذیرست زیرا همین که الکترونی آزاد شد، در جایی دیگر شدیداً جذب می شود و در آنجا می ماند حتی موقعی که پرتوهای ماورای بنفش را قطع کرده باشند.

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *