di G.P. Thomas6 maggio 2013

La trasparenza è una proprietà fisica che osserviamo ogni giorno, anche se forse non ci pensiamo molto. Conosciuta anche come diafaneità o pellucidità, la trasparenza nei materiali permette alla luce di passarci attraverso senza subire danni, rendendoli così trasparenti.

I materiali otticamente trasparenti sono essenziali in molte applicazioni scientifiche e manifatturiere e si lavora continuamente su nuovi modi di utilizzarli, alcuni dei quali sono evidenziati più avanti nell’articolo.

Ma cosa rende un materiale trasparente? Tutto dipende da come sono disposti gli atomi, e quindi gli elettroni, in un materiale. Se un fotone (una particella di luce) che viaggia attraverso un solido incontra un elettrone con un gap di energia uguale, sarà assorbito da quell’elettrone mentre “salta” ad un livello energetico superiore. Questo significa che pochissima luce può viaggiare attraverso il materiale senza essere assorbita, rendendo così il materiale opaco. Tuttavia, con i materiali trasparenti, il gap energetico è più grande, così che i fotoni non possono eccitare gli elettroni in un livello energetico più alto. Questo permette ai fotoni di passare attraverso il materiale senza subirne gli effetti, rendendo il materiale trasparente. Quindi, in sostanza, l’interazione tra la luce e un materiale si basa sulla lunghezza d’onda della luce e sulla natura del materiale.

Questa teoria è spiegata in dettaglio più animato dal professor Phil Moriarty per l’Università di Nottingham.

Materiali trasparenti importanti

Ci sono molti materiali naturali e sintetici che sono trasparenti, ma quelli elencati di seguito hanno alcune delle applicazioni più utili nella scienza dei materiali:

• Vetro
• Ossitruro di alluminio
• Diamante
• Zaffiro
• Ceramica trasparente
• Film conduttivi trasparenti

Applicazioni dei materiali trasparenti

I materiali elencati sopra hanno una vasta gamma di applicazioni, da quelle mondane a quelle magiche.

Il vetro piano è il materiale trasparente più riconoscibile, ma è usato in molto più che semplici finestre. Pannelli solari, microscopi, serre e protezione dalle radiazioni sono solo alcune delle ulteriori applicazioni del vetro piano.

L’ossinitruro di alluminio è usato in una serie di applicazioni legate all’infrarosso e alla difesa, come cupole IR speciali, armature trasparenti, finestre per comunicazioni laser e anche in alcune applicazioni legate ai semiconduttori.

Le proprietà ottiche del diamante fanno sì che trovi applicazioni nell’infrarosso a microonde e nella ricerca sui raggi X, oltre ad essere importante nelle finestre di uscita dei laser ad alta potenza.

Il vetro zaffiro trova applicazioni negli orologi di cristallo, nelle camere ad alta pressione per la spettroscopia e anche negli scanner di codici a barre (poiché l’alta durezza del materiale lo rende resistente ai graffi).

Le ceramiche trasparenti possono essere usate in finestre di armature trasparenti, laser ad alta energia, coni d’ogiva per missili a ricerca di calore, fisica delle alte energie, rivelatori di radiazioni per test non distruttivi, applicazioni di sicurezza e di imaging medico ed esplorazione spaziale.

I materiali che sono trasparenti alla radiazione infrarossa sono spesso usati in applicazioni aerospaziali ad alte prestazioni.

I film conduttivi trasparenti possono essere usati come elettrodi su dispositivi fotovoltaici e LED. La loro conducibilità è inferiore a quella degli ossidi conduttori trasparenti, ma hanno un basso assorbimento dello spettro visibile che permette loro di comportarsi come un conduttore trasparente.

Il vetro fotocromatico trova applicazioni in veicoli, aerei, elettrodomestici e nei popolari occhiali da sci e da sole.

I materiali che sono trasparenti alla radiazione infrarossa sono spesso usati in applicazioni aerospaziali ad alte prestazioni.

Innovazioni nei materiali trasparenti

Molti tipi di vetro sono stati introdotti nell’industria delle costruzioni. Il vetro termocromico risponde al calore e il vetro fotocromatico risponde alla luce. Tramite la trasmissione di energia elettrica o di batteria, la trasparenza delle partizioni o dei rivestimenti in vetro viene cambiata da perfettamente chiara a completamente opaca. Questo può essere fatto tramite la trasmissione di cariche elettriche a bassa tensione attraverso un rivestimento molto sottile sulla superficie del vetro che può essere attivato da sensori che rispondono all’intensità della luce o manualmente con un interruttore. Quindi la quantità di trasmissione solare può essere controllata consentendo una riduzione del riscaldamento o del raffreddamento e ottimizzando l’illuminazione artificiale.

Un progetto attuale che fa uso della trasparenza per controllare la luce nel tentativo di massimizzare l’efficienza energetica degli edifici è la casa sperimentale di Werner Sobek in Germania.

Werner Sobek ha tentato di creare un edificio che si adatta a diversi livelli di trasmissione della luce, ventilazione e assorbimento e ha proposto di incorporare cellule monofunzionali nel vetro per cambiare la loro chimica in modo che sia necessaria la minima energia per alimentare l’edificio.

La plastica trasparente è anche estremamente importante nel progetto Eden, Regno Unito. La più grande biosfera vegetale del mondo, The Eden Project fa uso di cuscini pneumatici di plastica avanzata etil tetra fluoro etilene o ETFE come rivestimento. Questo foglio di plastica non è solo più trasparente del vetro, questi cuscini gonfiabili a tre strati sono molto più leggeri rispetto ai rivestimenti in vetro. Inoltre, l’ETFE non si deteriora in condizioni ambientali inquinate ed è ecologico.

• Synthetic CVD Diamond -Element Six
• Transparent Materials – GKN
• Material Innovations – Ryerson University

Scritto da

G.P. Thomas

Gary si è laureato all’Università di Manchester con una laurea con lode in geochimica e un master in scienze della terra. Dopo aver lavorato nell’industria mineraria australiana, Gary ha deciso di appendere gli stivali da geologo e dedicarsi alla scrittura. Quando non sta sviluppando contenuti informativi e di attualità, Gary può solitamente essere trovato a suonare la sua amata chitarra, o a guardare l’Aston Villa FC strappare la sconfitta dalle fauci della vittoria.

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