By G.P. ThomasMay 6 2013

Przezroczystość jest właściwością fizyczną, którą obserwujemy każdego dnia, choć być może nie jest to właściwość, której poświęcamy wiele uwagi. Znana również jako diafaniczność lub przezroczystość, przezroczystość w materiałach pozwala światłu przechodzić przez nie w sposób niezakłócony, czyniąc je w ten sposób widzialnymi.

Optycznie przezroczyste materiały są niezbędne w wielu zastosowaniach naukowych i produkcyjnych, a nowe sposoby ich wykorzystania są opracowywane cały czas, niektóre z nich są podkreślone w dalszej części artykułu.

Ale co sprawia, że materiał jest przezroczysty? To jest wszystko do zrobienia z jak atomy, a tym samym elektrony, w materiale są ułożone. Jeśli foton (cząstka światła) podróżujący przez ciało stałe napotka elektron z przerwą energetyczną o równej energii, zostanie pochłonięty przez ten elektron, ponieważ „przeskakuje” na wyższy poziom energetyczny. Oznacza to, że bardzo niewiele światła może przejść przez materiał nie będąc pochłoniętym, co sprawia, że materiał jest nieprzezroczysty. Jednak w przypadku materiałów przezroczystych, przerwa energetyczna jest większa, więc fotony nie mogą wzbudzić elektronów do wyższego poziomu energetycznego. To pozwala fotonom przechodzić przez materiał bez zmian, dzięki czemu materiał jest przezroczysty. Więc w istocie, interakcja między światłem a materiałem jest oparta na długości fali światła i naturze materiału.

Ta teoria jest wyjaśniona w bardziej animowanych szczegółach przez profesora Phila Moriarty’ego z Uniwersytetu w Nottingham.

Ważne materiały przezroczyste

Istnieje wiele naturalnych i syntetycznych materiałów, które są przezroczyste, ale te wymienione poniżej mają jedne z najbardziej korzystnych zastosowań w materiałoznawstwie:

• Szkło
• Tlenek glinu
• Diament
• Szafir
• Przezroczysta ceramika
• Przezroczyste folie przewodzące

Zastosowania materiałów przezroczystych

Wymienione powyżej materiały mają szeroki zakres zastosowań, od prozaicznych do magicznych.

Płaskie szkło jest najbardziej rozpoznawalnym materiałem przezroczystym, ale jest używane w znacznie więcej niż tylko w oknach. Panele słoneczne, mikroskopy, szklarnie i ochrona przed promieniowaniem to tylko niektóre z dalszych zastosowań szkła płaskiego.

Tlenek glinu jest używany w wielu zastosowaniach związanych z podczerwienią i obronnością, takich jak specjalistyczne kopuły IR, przezroczyste pancerze, okna do komunikacji laserowej, a także w niektórych zastosowaniach związanych z półprzewodnikami.

Optyczne właściwości diamentu zapewniają, że znajduje on zastosowanie w badaniach mikrofalowych w podczerwieni i promieniowaniu rentgenowskim, jak również jest ważny w oknach wyjściowych laserów dużej mocy.

Szkło szafirowe znajduje zastosowanie w zegarkach kryształowych, komorach wysokociśnieniowych do spektroskopii, a także w skanerach kodów kreskowych (ponieważ wysoka wytrzymałość i twardość materiału sprawia, że jest on odporny na zarysowania).

Przezroczysta ceramika może być stosowana w przezroczystych oknach pancernych, laserach wysokiej energii, stożkach nosowych dla pocisków szukających ciepła, fizyce wysokiej energii, detektorach promieniowania do badań nieniszczących, zabezpieczeniach i aplikacjach obrazowania medycznego oraz eksploracji kosmosu.

Materiały, które są przezroczyste dla promieniowania podczerwonego są często stosowane w wysokowydajnych aplikacjach lotniczych.

Przezroczyste folie przewodzące mogą być stosowane jako elektrody w urządzeniach fotowoltaicznych i diodach LED. Ich przewodnictwo jest niższe niż przezroczystych tlenków przewodzących, ale mają niską absorpcję widma widzialnego, co pozwala im zachowywać się jak przezroczysty przewodnik.

Szkło fotochromowe znajduje zastosowanie w pojazdach, samolotach, urządzeniach i popularnych goglach narciarskich i okularach przeciwsłonecznych.

Materiały, które są przezroczyste dla promieniowania podczerwonego są często stosowane w wysokowydajnych aplikacjach lotniczych.

Innowacje w materiałach przezroczystych

W przemyśle budowlanym wprowadzono wiele rodzajów szkła. Szkło termochromowe reaguje na ciepło, a szkło fotochromowe na światło. Poprzez transmisję energii z baterii lub energii elektrycznej zmienia się przezroczystość szklanych przegród lub okładzin z idealnie przejrzystej na całkowicie nieprzezroczystą. Można tego dokonać poprzez przesyłanie ładunków elektrycznych o niskim napięciu przez bardzo cienką powłokę na powierzchni szkła, która może być aktywowana przez czujniki reagujące na natężenie światła lub ręcznie za pomocą przełącznika. Stąd ilość transmisji słonecznej może być kontrolowana umożliwiając redukcję ogrzewania lub chłodzenia i optymalizację sztucznego oświetlenia.

Aktualnym projektem, który wykorzystuje przejrzystość kontrolującą światło w próbie zmaksymalizowania wydajności energetycznej budynku jest eksperymentalny dom Wernera Sobka w Niemczech.

Przezroczysty plastik jest również niezwykle ważny w projekcie Eden w Wielkiej Brytanii. Największa biosfera roślinna na świecie, The Eden Project wykorzystuje jako okładziny zaawansowane plastikowe poduszki pneumatyczne z etylotetra fluoroetylenu lub ETFE. Ta plastikowa folia jest nie tylko bardziej przezroczysta niż szkło, ale te nadmuchiwane trójwarstwowe poduszki są znacznie lżejsze w porównaniu z okładzinami szklanymi. Ponadto ETFE nie ulega degradacji w zanieczyszczonych warunkach środowiskowych i jest przyjazny dla środowiska.

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

Written by

G.P. Thomas

Gary ukończył Uniwersytet w Manchesterze z wyróżnieniem pierwszej klasy w dziedzinie geochemii i uzyskał tytuł magistra nauk o ziemi. Po pracy w australijskim przemyśle wydobywczym, Gary postanowił zawiesić buty geologiczne i zająć się pisaniem. Kiedy nie opracowuje aktualnych i pouczających treści, Gary’ego można zwykle znaleźć grającego na ukochanej gitarze lub oglądającego Aston Villa FC wyrywającego porażkę ze szczęk zwycięstwa.

Cytaty

Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

• APA

  Thomas, G.P.. (2020, October 19). Dlaczego szkło jest przezroczyste? Zrozumienie materiałów przezroczystych i ich zastosowań. AZoM. Retrieved on March 27, 2021 from https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141.

• MLA

  Thomas, G.P.. „Dlaczego szkło jest przezroczyste? Zrozumienie materiałów przezroczystych i ich zastosowań”. AZoM. 27 marca 2021. <https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141>.

• Chicago

  Thomas, G.P.. „Dlaczego szkło jest przezroczyste? Zrozumienie materiałów przezroczystych i ich zastosowań”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141. (dostęp 27 marca, 2021).

• Harvard

  Thomas, G.P.. 2020. Dlaczego szkło jest przezroczyste? Zrozumienie materiałów przezroczystych i ich zastosowań. AZoM, przeglądane 27 marca 2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8141.

.