Par G.P. Thomas6 mai 2013

La transparence est une propriété physique que nous observons tous les jours, bien que ce ne soit peut-être pas une propriété à laquelle nous accordons beaucoup de réflexion. Également appelée diaphanéité ou pellucidité, la transparence des matériaux permet à la lumière de passer sans être affectée, ce qui les rend transparents.

Les matériaux optiquement transparents sont essentiels dans de nombreuses applications scientifiques et manufacturières et de nouvelles façons de les utiliser sont travaillées en permanence, dont certaines sont mises en évidence plus loin dans l’article.

Mais qu’est-ce qui rend un matériau transparent ? Tout est lié à la façon dont sont disposés les atomes, et donc les électrons, dans un matériau. Si un photon (une particule de lumière) voyageant à travers un solide rencontre un électron avec un gap énergétique de même énergie, il sera absorbé par cet électron qui  » saute  » à un niveau d’énergie supérieur. Cela signifie que très peu de lumière peut traverser le matériau sans être absorbée, ce qui rend le matériau opaque. En revanche, dans le cas des matériaux transparents, l’écart énergétique est plus important, de sorte que les photons ne peuvent pas exciter les électrons à un niveau d’énergie supérieur. Les photons peuvent donc traverser le matériau sans être affectés, ce qui rend le matériau transparent. Donc, en substance, l’interaction entre la lumière et un matériau est basée sur la longueur d’onde de la lumière et la nature du matériau.

Cette théorie est expliquée de manière plus animée par le professeur Phil Moriarty pour l’université de Nottingham.

Matériaux transparents importants

Il existe de nombreux matériaux naturels et synthétiques qui sont transparents, mais ceux énumérés ci-dessous ont certaines des applications les plus bénéfiques en science des matériaux :

• Verre
• Oxynitrure d’aluminium
• Diamant
• Saphir
• Céramique transparente
• Films conducteurs transparents

Applications des matériaux transparents

Les matériaux énumérés ci-dessus ont un large éventail d’applications, du banal au magique.

Le verre plat est le matériau transparent le plus reconnaissable, mais il est utilisé dans bien plus que les fenêtres. Les panneaux solaires, les microscopes, les serres et la protection contre les radiations ne sont que quelques-unes des autres applications du verre plat.

L’oxynitrure d’aluminium est utilisé dans un certain nombre d’applications infrarouges et liées à la défense, telles que les dômes IR spécialisés, les blindages transparents, les fenêtres pour les communications laser et également dans certaines applications liées aux semi-conducteurs.

Les propriétés optiques du diamant font en sorte qu’il trouve des applications dans la recherche sur les micro-ondes infrarouges et les rayons X, tout en étant important dans les fenêtres de sortie des lasers à haute puissance.

Le verre saphir trouve des applications dans les montres à cristal, les chambres à haute pression pour la spectroscopie et aussi les scanners de codes-barres (puisque la ténacité et la dureté élevées du matériau le rendent résistant aux rayures).

Les céramiques transparentes peuvent être utilisées dans les fenêtres d’armure transparentes, les lasers à haute énergie, les cônes de nez pour les missiles à recherche de chaleur, la physique à haute énergie, les détecteurs de rayonnement pour les essais non destructifs, les applications de sécurité et d’imagerie médicale et l’exploration spatiale.

Les matériaux qui sont transparents au rayonnement infrarouge sont souvent utilisés dans les applications aérospatiales à haute performance.

Les films conducteurs transparents peuvent être utilisés comme électrodes sur les dispositifs photovoltaïques et les LED. Leur conductivité est inférieure à celle des oxydes conducteurs transparents mais ils ont une faible absorption du spectre visible leur permettant de se comporter comme un conducteur transparent.

Le verre photochrome trouve des applications dans les véhicules, les avions, les appareils et les lunettes de ski et de soleil populaires.

Les matériaux transparents au rayonnement infrarouge sont souvent utilisés dans les applications aérospatiales à haute performance.

Innovations dans les matériaux transparents

Plusieurs types de verre ont été introduits dans l’industrie de la construction. Le verre thermochromique répond à la chaleur et le verre photochromique répond à la lumière. Par la transmission de l’énergie de la batterie ou de l’électricité, la transparence des cloisons ou des revêtements en verre passe de parfaitement claire à complètement opaque. Cela peut se faire par la transmission de charges électriques à basse tension à travers un revêtement très fin sur la surface du verre qui peut être activé par des capteurs réagissant à l’intensité lumineuse ou manuellement avec un interrupteur. Ainsi, la quantité de transmission solaire peut être contrôlée, ce qui permet de réduire le chauffage ou le refroidissement et d’optimiser l’éclairage artificiel.

La maison expérimentale de Werner Sobek, en Allemagne, est un projet actuel qui utilise la transparence pour contrôler la lumière dans le but de maximiser l’efficacité énergétique des bâtiments.

Werner Sobek a tenté de créer un bâtiment qui s’adapte à différents niveaux de transmission de la lumière, de ventilation et d’absorption et a proposé d’incorporer des cellules mono-fonctionnelles dans le verre pour modifier leur chimie de sorte qu’un minimum d’énergie soit nécessaire pour alimenter le bâtiment.

Le plastique transparent est également extrêmement important dans le projet Eden, au Royaume-Uni. La plus grande biosphère végétale du monde, The Eden Project fait usage de coussins pneumatiques en plastique avancé d’éthyl tetra fluoro éthylène ou ETFE comme revêtement. Cette feuille de plastique n’est pas seulement plus transparente que le verre, ces coussins gonflables à trois couches sont beaucoup plus légers que les revêtements en verre. De plus, l’ETFE ne se détériore pas dans des conditions environnementales polluées et est écologique.

• Diamant synthétique CVD -Elément Six
• Matériaux transparents – GKN
• Innovations matérielles – Université Ryerson

Écrit par

G.P. Thomas

Gary est diplômé de l’Université de Manchester avec une mention très bien en géochimie et une maîtrise en sciences de la terre. Après avoir travaillé dans l’industrie minière australienne, Gary a décidé de raccrocher ses bottes de géologue et de se tourner vers l’écriture. Lorsqu’il n’est pas en train de développer du contenu d’actualité et informatif, Gary peut généralement être trouvé en train de jouer de sa guitare bien-aimée, ou de regarder Aston Villa FC arracher la défaite des mâchoires de la victoire.

Citations

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