By G.P. ThomasMay 6 2013

Průhlednost je fyzikální vlastnost, kterou pozorujeme každý den, i když o ní možná příliš nepřemýšlíme. Průhlednost materiálů, známá také jako diafaneita nebo pellucidita, umožňuje neovlivněný průchod světla a činí je tak průhlednými.

Opticky průhledné materiály jsou nezbytné v mnoha vědeckých a výrobních aplikacích a neustále se pracuje na nových způsobech jejich využití, na některé z nich upozorňujeme dále v článku.

Ale co dělá materiál průhledným? Vše souvisí s tím, jak jsou v materiálu uspořádány atomy, a tedy i elektrony. Pokud se foton (částice světla) procházející pevnou látkou setká s elektronem se stejnou energetickou mezerou, bude tímto elektronem pohlcen, protože „přeskočí“ na vyšší energetickou hladinu. To znamená, že materiálem může projít jen velmi málo světla, aniž by bylo pohlceno, a materiál se tak stává neprůhledným. U průhledných materiálů je však energetická mezera větší, takže fotony nemohou excitovat elektrony na vyšší energetickou hladinu. Díky tomu mohou fotony procházet materiálem neovlivněny, a materiál se tak stává průhledným. Interakce mezi světlem a materiálem tedy v podstatě závisí na vlnové délce světla a povaze materiálu.

Tuto teorii podrobněji animovaně vysvětluje profesor Phil Moriarty za Nottinghamskou univerzitu.

Důležité průhledné materiály

Přírodních i syntetických materiálů, které jsou průhledné, je celá řada, ale ty níže uvedené mají jedny z nejpřínosnějších aplikací v materiálové vědě:

• Sklo
• Oxid hlinitý
• Diamant
• Safír
• Transparentní keramika
• Transparentní vodivé filmy

Použití transparentních materiálů

Výše uvedené materiály mají širokou škálu použití, od všedních až po magické.

Ploché sklo je nejznámějším průhledným materiálem, ale používá se mnohem více než jen na okna. Solární panely, mikroskopy, skleníky a ochrana před zářením jsou jen některé z dalších aplikací plochého skla.

Oxynitrid hliníku se používá v řadě infračervených a obranných aplikací, jako jsou speciální infračervené kopule, průhledné pancíře, okna pro laserovou komunikaci a také v některých aplikacích souvisejících s polovodiči.

Optické vlastnosti diamantu zajišťují, že nachází uplatnění v mikrovlnném infračerveném a rentgenovém výzkumu a je také důležitý v oknech pro výstupy výkonných laserů.

Safírové sklo nachází uplatnění v křišťálových hodinkách, vysokotlakých komorách pro spektroskopii a také ve snímačích čárových kódů (protože díky vysoké houževnatosti a tvrdosti materiálu je odolné proti poškrábání).

Transparentní keramiku lze použít v průhledných pancéřových oknech, vysokoenergetických laserech, příďových kuželích pro střely vyhledávající teplo, ve fyzice vysokých energií, v detektorech záření pro nedestruktivní testování, v bezpečnostních a lékařských zobrazovacích aplikacích a při výzkumu vesmíru.

Materiály, které jsou průhledné pro infračervené záření, se často používají ve vysoce výkonných leteckých a kosmických aplikacích.

Transparentní vodivé fólie lze použít jako elektrody fotovoltaických zařízení a LED diod. Jejich vodivost je nižší než vodivost transparentních vodivých oxidů, ale mají nízkou absorpci viditelného spektra, což jim umožňuje chovat se jako transparentní vodič.

Fotochromatická skla nacházejí uplatnění ve vozidlech, letadlech, spotřebičích a oblíbených lyžařských a slunečních brýlích.

Materiály, které jsou průhledné pro infračervené záření, se často používají ve vysoce výkonných leteckých aplikacích.

Inovace v oblasti průhledných materiálů

Ve stavebnictví bylo zavedeno mnoho druhů skel. Termochromní skla reagují na teplo a fotochromní skla reagují na světlo. Přenosem energie z baterií nebo elektřiny se průhlednost skleněných příček nebo obkladů mění z dokonale čiré na zcela neprůhlednou. Toho lze dosáhnout přenosem elektrického náboje o nízkém napětí přes velmi tenkou vrstvu na povrchu skla, kterou lze aktivovat pomocí čidel reagujících na intenzitu světla nebo ručně pomocí spínače. Proto lze řídit množství slunečního záření, což umožňuje snížit vytápění nebo chlazení a optimalizovat umělé osvětlení.

Aktuálním projektem, který využívá průhlednost řízenou světlem ve snaze maximalizovat energetickou účinnost budov, je experimentální dům Wernera Sobka v Německu.

Werner Sobek se pokusil vytvořit budovu, která se přizpůsobí různým úrovním propustnosti světla, větrání a pohlcování, a navrhl zabudovat do skla monofunkční články, které změní jejich chemické složení tak, aby k napájení budovy bylo zapotřebí co nejméně energie.

Transparentní plast má mimořádný význam také v projektu The Eden ve Velké Británii. Největší rostlinná biosféra na světě The Eden Project využívá jako opláštění moderní plastové pneumatické polštáře z ethyltetra fluoro ethylenu neboli ETFE. Tato plastová fólie je nejen průhlednější než sklo, ale tyto nafukovací třívrstvé polštáře jsou ve srovnání se skleněným obkladem mnohem lehčí. Navíc se ETFE ve znečištěném prostředí neznehodnocuje a je šetrný k životnímu prostředí.

• Syntetický CVD diamant – prvek šest
• Transparentní materiály – GKN
• Materiálové inovace – Ryerson University

Napsal

G.P. Thomas

Gary vystudoval na univerzitě v Manchesteru s vyznamenáním první třídy obor geochemie a magisterský obor vědy o Zemi. Po práci v australském důlním průmyslu se Gary rozhodl pověsit geologické boty na hřebík a věnovat se psaní. Když zrovna nevytváří aktuální a informativní obsah, Garyho obvykle najdete, jak hraje na svou milovanou kytaru nebo sleduje, jak fotbalový klub Aston Villa FC vyrval porážku ze spárů vítězství.

Citace

.