Articles

ガラスはなぜ透明なのか？ 透明な素材とその用途を理解する

by admin
  • G.P. ThomasBy G.P. ThomasMay 6 2013

    透明性は、毎日観察する物理特性ですが、おそらくあまり意識することはないでしょう。 しかし、私たちはあまり意識したことがないかもしれません。

    光学的に透明な材料は、多くの科学および製造アプリケーションにおいて不可欠であり、これらを利用する新しい方法が常に研究されています。 それはすべて、材料中の原子、ひいては電子がどのように配置されているかに関係しています。 固体中を進む光子（光の粒子）が、同じエネルギーのギャップがある電子に出会った場合、その電子はより高いエネルギー準位に「ジャンプ」して吸収されます。 つまり、吸収されずに通過できる光はごくわずかで、その結果、その素材は不透明となる。 しかし、透明な材料では、エネルギーギャップが大きいため、光子が電子を高いエネルギー準位に励起することができない。 このため、光子は影響を受けずに物質を通過し、透明な物質となる。 要するに、光と物質の相互作用は、光の波長と物質の性質によって決まるということですね。

    この理論については、ノッティンガム大学のフィル・モリアーティ教授が、よりアニメーション的に詳しく説明しています。

    重要な透明材料

    透明な天然および合成材料はたくさんありますが、以下に挙げたものは、材料科学において最も有益な用途を持っています。

    • ガラス
    • 酸窒化アルミニウム
    • ダイヤモンド
    • サファイア
    • 透明セラミックス
    • 透明導電膜

    Applications of Transparent Materials

    上記材料は幅広い用途に使われている。 日常的なものから魔法のようなものまで。

    板ガラスは最もよく知られた透明な素材ですが、窓以外にも多く使用されています。 ソーラーパネル、顕微鏡、温室、放射線防護などは、板ガラスのさらなる用途の一例です。

    酸窒化アルミニウムは、特殊なIRドーム、透明な鎧、レーザー通信用の窓、また特定の半導体関連用途など、多くの赤外線および防衛関連用途で使用されています。

    ダイヤモンドの光学特性は、マイクロ波赤外線やX線研究への応用、および高出力レーザー出射窓の重要性を保証します。

    サファイアガラスは、クリスタル時計、分光用高圧室、およびバーコードスキャナー（材料の高い靭性と硬度により傷がつきにくい）に応用されています。

    透明セラミックスは、透明なアーマー ウィンドウ、高エネルギー レーザー、熱探知ミサイルのノーズコーン、高エネルギー物理学、非破壊検査用の放射線検出器、セキュリティおよび医療画像アプリケーション、宇宙探査に使用することができます。

    フォトクロミックガラスは、自動車、航空機、家電製品、一般的なスキーゴーグルやサングラスに応用されています。

    赤外線に対して透明な材料は、高性能な航空宇宙用途でよく使用されます。

    Innovations in Transparent Materials

    建築業界では、多くの種類のガラスが導入されています。 熱に反応するサーモクロミックガラス、光に反応するフォトクロミックガラスなどである。 電池や電気を流すことで、ガラスパーティションやクラッディングの透明度を完全な透明から完全な不透明に変えることができる。 これは、ガラス表面の非常に薄いコーティングに低電圧の電荷を流すことで実現され、光の強さに反応するセンサーやスイッチで手動で作動させることができる。

    現在、建物のエネルギー効率を最大化するために光を制御する透明性を利用したプロジェクトとして、ドイツのWerner Sobekの実験住宅があります。

    Werner Sobekは、光の透過、換気、吸収のさまざまなレベルに適応する建物を作ろうと試み、単機能セルをガラスに組み込んで化学変化を起こし、建物の電力に必要なエネルギーを最小限にすることを提案しています。 世界最大の植物生物圏であるエデン・プロジェクトでは、被覆材として先進のプラスチックであるエチルテトラフルオロエチレンまたはETFE空気圧クッションが使用されています。 このプラスチック箔は、ガラスよりも透明度が高いだけでなく、3層構造で膨らませることができるため、ガラスの被覆材と比較して非常に軽量です。 さらに、ETFEは汚染された環境条件下でも劣化せず、環境に優しい素材です。

    • 合成CVDダイヤモンド -Element Six
    • 透明材料 -GKN
    • マテリアルイノベーション -ライアン大学
    G.P. Thomas

    Written by

    G.L.E.S.P. Thomas

    Gary はマンチェスター大学を卒業し、地球化学の一級優等学位と地球科学の修士号を取得しました。 オーストラリアの鉱業界で働いた後、ゲーリーは地質学のブーツを脱ぎ、執筆活動に専念することを決意しました。 話題性のある情報コンテンツを開発していないときは、ゲーリーは通常、愛用のギターを弾いたり、アストンビラFCが勝利の顎から敗北を奪い取るのを見たりしている。

    引用

    エッセイ、論文、レポートでこの記事を引用するには、以下の形式のいずれかを使用してください。 (2020, 10月 19)の記事。 ガラスはなぜ透明なのか？ 透明な素材とその用途を理解する． AZoM. 2021年3月27日にhttps://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141.

  • MLA

    Thomas, G.P. から取得したものです。 “なぜガラスは透明なのか？ 透明な材料とその用途を理解する”. AZoM. 2021年3月27日。 <https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141>.

  • シカゴ

    Thomas, G.P.. “なぜガラスは透明なのか？ 透明な材料とその用途を理解する”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141. (accessed March 27, 2021).

  • Harvard

    Thomas, G.P.. 2020. なぜガラスは透明なのか？ 透明な材料とその用途を理解する. AZoM, 2021年3月27日閲覧, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141.

.