av G.P. Thomas6 maj 2013

Transparens är en fysikalisk egenskap som vi observerar varje dag, även om vi inte funderar särskilt mycket på den. Transparens i material, som också kallas diaphaneitet eller pelluciditet, gör det möjligt för ljus att passera igenom opåverkat, vilket gör dem genomskinliga.

Optiskt transparenta material är viktiga i många vetenskapliga och tillverkningsrelaterade tillämpningar och man arbetar hela tiden med nya sätt att utnyttja dessa, varav några lyfts fram senare i artikeln.

Men vad gör ett material transparent? Det har allt att göra med hur atomerna, och därmed elektronerna, i ett material är arrangerade. Om en foton (en ljuspartikel) som färdas genom ett fast ämne möter en elektron med ett energigap av samma energi, kommer den att absorberas av den elektronen då den ”hoppar” till en högre energinivå. Detta innebär att mycket lite ljus kan passera genom materialet utan att absorberas, vilket gör materialet ogenomskinligt. I genomskinliga material är dock energiluckan större, så att fotonerna inte kan excitera elektronerna till en högre energinivå. Detta gör att fotonerna kan passera genom materialet utan att påverkas, vilket gör materialet genomskinligt. Så i huvudsak bygger interaktionen mellan ljus och ett material på ljusets våglängd och materialets beskaffenhet.

Denna teori förklaras mer animerat av professor Phil Moriarty för University of Nottingham.

Viktiga genomskinliga material

Det finns många naturliga och syntetiska material som är genomskinliga, men de som anges nedan har några av de mest fördelaktiga tillämpningarna inom materialvetenskapen:

• Glas
• Aluminiumoxynitrid
• Diamant
• Safir
• Transparent keramik
• Transparenta ledande filmer

Användningsområden för genomskinliga material

De material som anges ovan har ett brett tillämpningsområde, från det vardagliga till det magiska.

Flat glas är det mest kända genomskinliga materialet, men det används i mycket mer än bara fönster. Solpaneler, mikroskop, växthus och strålskydd är bara några av de ytterligare användningsområdena för planglas.

Aluminiumoxynitrid används i ett antal infraröda och försvarsrelaterade tillämpningar, t.ex. specialiserade IR-kupoler, genomskinligt pansar, fönster för laserkommunikation och även i vissa halvledarrelaterade tillämpningar.

Diamantens optiska egenskaper gör att den finner användningsområden inom mikrovågsinfraröd- och röntgenforskning samt att den är viktig i fönster för utgångar för högeffektslasrar.

Safirglas finner användningsområden i kristallklockor, högtryckskammare för spektroskopi och även streckkodsskannrar (eftersom materialets höga seghet och hårdhet gör det reptåligt).

Transparent keramik kan användas i genomskinliga pansarfönster, högenergilaser, noskoner för värmesökande missiler, högenergifysik, strålningsdetektorer för oförstörande provning, tillämpningar för säkerhet och medicinsk avbildning samt rymdforskning.

Material som är genomskinliga för infraröd strålning används ofta i högpresterande tillämpningar för flyg- och rymdindustrin.

Transparenta ledande filmer kan användas som elektroder på solcellsanläggningar och lysdioder. Deras ledningsförmåga är lägre än för transparenta ledande oxider men har låg absorption av det synliga spektrumet vilket gör att de kan bete sig som en transparent ledare.

Fotokromt glas används i fordon, flygplan, apparater och populära skidglasögon och solglasögon.

Material som är genomskinliga för infraröd strålning används ofta i högpresterande flyg- och rymdtillämpningar.

Innovationer inom genomskinliga material

Många typer av glas har introducerats inom byggnadsindustrin. Termokromt glas reagerar på värme och fotokromt glas reagerar på ljus. Genom överföring av batteri eller elektricitet ändras transparensen hos glasväggar eller glasbeklädnader från helt klart till helt ogenomskinligt. Detta kan ske genom överföring av elektriska lågspänningsladdningar över en mycket tunn beläggning på glasytan som kan aktiveras av sensorer som reagerar på ljusintensitet eller manuellt med en strömbrytare. På så sätt kan mängden solstrålning styras, vilket gör det möjligt att minska uppvärmning eller kylning och optimera artificiell belysning.

Ett aktuellt projekt som använder sig av ljusstyrd transparens i ett försök att maximera byggnaders energieffektivitet är Werner Sobeks experimentella hus i Tyskland.

Werner Sobek har försökt skapa en byggnad som anpassar sig till olika nivåer av ljusgenomsläpp, ventilation och absorption och har föreslagit att monofunktionella celler ska införlivas i glaset för att ändra deras kemi så att minsta möjliga energi behövs för att driva byggnaden.

Den genomskinliga plasten är också ytterst viktig i Edenprojektet i Storbritannien. I Edenprojektet, som är världens största växtbiosfär, används avancerad plast av typen etyltetrafluoreten eller ETFE-pneumatiska kuddar som beklädnad. Denna plastfolie är inte bara mer genomskinlig än glas, utan dessa uppblåsbara treskikts kuddar är också mycket lättare jämfört med glasbeklädnad. Dessutom försämras ETFE inte i förorenade miljöförhållanden och är miljövänligt.

• Syntetisk CVD-diamant -Element Six
• Transparenta material – GKN
• Materialinnovationer – Ryerson University

Skrivet av

G.P. Thomas

Gary tog examen från University of Manchester med en förstklassig examen i geokemi och en magisterexamen i geovetenskap. Efter att ha arbetat inom den australiensiska gruvindustrin bestämde sig Gary för att hänga upp geologistövlarna och ägna sig åt att skriva. När han inte utvecklar aktuellt och informativt innehåll kan man oftast hitta Gary när han spelar sin älskade gitarr eller tittar på när Aston Villa FC rycker nederlag från segerns käftar.

Citat

.