Neodymové sklo

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 14. dubna 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Neodymové sklo  - minerální sklo obsahující oxid neodym , někdy směs oxidů jiných prvků vzácných zemin a má několik názvů: neodymové sklo, didymové sklo, chameleonové sklo, alexandritové sklo [1] , Moserovo sklo ("Alexandrit", "Heliolight", „Royal“) [2] a mnoho dalších obchodních názvů, mezi nimiž vyniká „Neophane“ nebo „neophane glass“ [3] . Neophan (nový fenomén) je značka několika německých firem ( Auer , Siemens ) pro různé výrobky z tohoto skla, jejíž název se stal pojmem, vlastně názvem samotného skla.

V anglicky mluvících zemích se zkratka "ACE"  - Ametyst Contrast Enhancer  - " Amethyst Contrast Enhancer" používá k označení brýlových čoček a světelných filtrů vyrobených z fialového neodymového skla . Tato zkratka se někdy používá pro brýle jiných barev, na začátku je napsána pouze samotná barva, například zelené sklo - „Green ACE“. Název didymové sklo, i když má zastaralý výraz „ didim “, se stále používá pro označení jak skla se směsí oxidů lanthanoidů, tak samotného neodymového skla s čistým oxidem neodymu, který se používá pro technická ochranná skla a pro fotografické filtry.

Vlastnosti

Toto sklo má zajímavé optické vlastnosti spojené s ff přechody v elektronovém obalu atomu neodymu .

• Schopnost selektivně v závislosti na vlnové délce absorbovat viditelné světlo: fialové sklo výrazně pohlcuje žlutou část spektra a spektrální dublet D-čára sodíkového záření o vlnové délce 589 a 589,6 nm a záření o vlnových délkách 580- 590 nm absorbuje téměř úplně; má absorpční pásy v ostatních částech optického záření (430, 480, 520, 730 nm atd., viz graf vpravo), ale téměř úplně prochází červený úsek a lidským okem nejviditelnější části zelené a modré části spektra:

 - červené předměty přes sklo vypadají jasnější, téměř zářící;  - oranžová a růžová viditelně červenají a také vypadají jasnější, kůže lidí s bledou tváří se stává růžovou;  - žlutozelené předměty zezelenají a jsou vidět jasněji;  - zelené a modré předměty, modrá obloha a hladina vody vypadají nasycenější, mají jakoby čistší barvu;  - žluté předměty ztrácejí svůj jas a čisté sodíkové záření bez nečistot prakticky zmizí; ale ve většině případů žluté hmotné objekty zůstávají viditelné, protože září v širokém spektru a často je směs červených a zelených paprsků vnímána jako žlutá [4] . Například světlo sodíkové výbojky, fotografované a reprodukované na monitoru pomocí technologie RGB , nevytrácí skrz neodymové sklo a téměř nemění barvu;  - obecně dochází vlivem ztráty žluté části spektra ke slušnému rozlišení červených a zelených barevných polotónů, díky čemuž má obraz přes takové sklo kontrastnější vzhled [5] .

• Alexandritový efekt neboli dvoubarevný efekt  je schopnost skla s obsahem oxidu neodymu alespoň 4,3 % měnit barvu v závislosti na typu osvětlení [6] v důsledku výše uvedené absorpce žluté barvy a rozdělení spektra do dvě části: modrozelená a červená. Pokud zdroj osvětlující sklo vydává energii více v modré části spektra, pak sklo pohlcené téměř všechny žluté paprsky zmodrá. Pokud zdroj svítí více v červené části, pak se viditelné světlo posouvá z rovnováhy na druhou spektrální stranu a sklo vydává červené světlo [7] . Takto ametystové neodymové sklo mění barvu z fialové pod žárovkovým světlem a fialové pod slunečním světlem na modrou pod zářivkovým osvětlením , neodymovo-praseodymové šedé sklo z šedé na zelenou a hnědé z čajové červenohnědé na zelenožlutou. Díky čisté sodíkové záři se neodymové sklo ztmavne, téměř zčerná. S touto vlastností přímo souvisí ostrý rozdíl v záři různých typů lamp při pohledu přes sklo (viz fotografie níže v sekci vizuální efekty).
• Schopnost laserového čerpání .
• Dobrá absorpce ultrafialového záření : vlnové délky do 335 nm sklo zcela absorbuje bez dalších přísad [8] .

Brýle jiných barev mají své vlastní charakteristiky prostupu světla. Hnědé sklo kromě žluté téměř úplně pohlcuje modrou barvu [9] a tím dále zostřuje kontrast a viditelnost červených odstínů a činí oranžové, hnědé a fialové barvy červenou, jasně vínovou a šarlatovou. Šedé sklo zvýrazňuje zelenou, poněkud v neprospěch modré, takže je více modrozelená.

Šířka absorbované plochy ve žluté části spektra v oblasti 580 nm závisí na obsahu neodymu a tloušťce skla. Například obyčejné didymové sklo o tloušťce 1,5 mm odřízne plochu o průměrné šířce 15 nm, sklo o tloušťce 4 mm odstraní 35 nm, respektive 6 mm, 55 nm. [deset]

Je třeba říci, že téměř všechny prvky vzácných zemin ve sklech a kapalných roztocích vykazují selektivní absorpci světla a čistá praseodymová skla také vykazují dichroismus (změna barvy z bezbarvé na zelenou v důsledku výrazné absorpce modrých paprsků) [11] [12] [13] [ 14] , ale pouze v neodymu jsou absorpční pásy umístěny tak, že zvyšují kontrast a nejhlubší absorpce se ideálně shoduje s emisním spektrem excitovaných atomů sodíku [15] , které poskytuje neodymovému sklu několik konkrétní aplikace.

Aplikace

Díky svým optickým vlastnostem nachází neodymové sklo různé aplikace.

Schopnost generovat laserové záření:

• sklo a umělé granáty obsahující neodym se používají jako aktivní médium v ​​laserech, které generují záření v blízké infračervené oblasti spektra o vlnové délce asi 1,06  μm [16] (viz např. článek Nd: YAG laser ).

Barva skla a jeho dvoubarevnost:

• přidání čistého oxidu neodymu do vsázky na tavení skla je jedním z mála způsobů, jak získat jasně fialovou barvu minerálního skla;
• přídavek oxidů lanthanoidů („černý“ neodym, asi 65 % neodymu ve směsi) eliminuje nazelenalý odstín skel způsobený přítomností nečistot sloučenin železa v nich [17] ;
• fialové a purpurové sklo se používá k výrobě dekorativního nádobí, lustrů a uměleckých výrobků, které mění barvu pod vlivem různého osvětlení;
• používá se ve šperkařství jako imitace sultanitu  , šperkové odrůdy diaspory .

Vylepšení kontrastu a zjevné zvýšení jasu a jasnosti červené, zelené a modré barvy:

• transparentní fialová, šedozelená a hnědá skla s propustností světla od 65 do 20 %, dále navíc zatmavená, polarizovaná, zrcadlená a zesílená zevnitř polykarbonátovou vrstvou [18] [19] [20] [21] sklo je používá se k výrobě doplňkových slunečních brýlí , protože poskytuje barevnou a kontrastní viditelnost, neobvyklé světelné efekty a mění barvu v závislosti na světelných podmínkách;
• brýle s neodymovými skly jsou užitečné pro osoby se sníženým vnímáním červené a zelené barvy ( deuteroanomálie , protanomálie ) [22] ;
• fialové, šedé a hnědé neodymové sklo se používalo ve sportovních a řidičských slunečních brýlích od 30. do 90. let 20. století, protože zlepšují kontrast barev, snižují odlesky a umožňují lepší viditelnost barveného sportovního oblečení a vybavení , výstražných světel a barevných dopravních značek a značek . . Dnes se pro tyto účely nepoužívá, protože podle současných bezpečnostních norem by se takové brýle měly vyrábět pouze s plastovými čočkami odolnými proti nárazu. Kromě toho jsou dnes signální a semafory jasnější než ty, které se používaly ve 20. století;
• světle fialové sklo o tloušťce 2 mm a propustnosti světla 52,3 % [22] bylo použito v brýlích Auer Neophan pro německé piloty a navigátory Luftwaffe během 2. světové války : umožnily lépe vidět letadla a mraky proti obloze, zvýšily kontrast zemského povrchu a obecně lepší viditelnost snížením jasu žluté barvy v pozadí světla z prachu a oparu v přízemním vzduchu;
• brýle s neofanovými brýlemi byly doporučovány i pro navigaci za účelem zlepšení viditelnosti za špatného počasí, v mlze a při západu a východu slunce [23] ;
• Intenzivní červené (rubínové) neodymové sklo se používalo v potápěčských brýlích k rychlé adaptaci z jasného denního světla venku na tlumené osvětlení uvnitř ponorky, nebo naopak k rychlému přivyknutí si na noční tmu. I když k tomu stačí obyčejné sklo nebo červený plast;
• fotografické filtry jsou vyrobeny z ametystu a zeleného neodymového skla , navrženy respektive ametyst pro zvýšení propustnosti červené, oranžové a hnědé barvy a zelené - pro zvýšení zelené (například pro fotografování zeleně);
• jasně červené neodymové sklo se používá v ukazatelích navigačních přístrojů .

Absorpce žlutého záření:

• fialové, fialové a šedozelené sklo s příměsí neodymu a praseodymu (ACE a zelené sklo ACE) se používá v čočkách ochranných didymových skel (didymových skel) pro skláře , lampáře a svářeče [ 24] : pohlcuje úzké spektrum emisní záření atomů sodíku při práci se sklářskými hořáky. Jasný plamen přes takové brýle téměř mizí, nedráždí oči a neruší vidění zahřátého skla [25] [26] . Někdy jsou tyto čočky potaženy zrcadlovou vrstvou, která odráží tepelné paprsky , které jsou škodlivé pro oči ;
• olovnaté sklo dopované neodymem se používá v rentgenových přístrojích ke sledování procesů v jasném světle sodíkových výbojek [27] ;
• světle fialové sklo se používá ve filtrech dalekohledů ke snížení oslnění noční oblohy v oblastech, kde se v pouličních lampách používají převážně sodíkové výbojky , a také ke změně barvy astronomických objektů za účelem zlepšení viditelnosti;
• někdy se používá pro zpětná zrcátka automobilů , protože částečně pohlcuje sluneční záře a odražené oslepující světlomety, zlepšuje kontrast [4] [28] [29] ;
• mohou být použity pro výrobu okenních a automobilových skel, aby jim dodaly vlastnosti stínění světla a zlepšily podání barev [30] [31] ;
• žárovky některých typů žárovek jsou vyrobeny z tohoto skla , aby odfiltrovaly přebytečné žluté paprsky ze spektra jejich záře a vytvořily světlo blízké bílému dennímu světlu s lehce růžovým nádechem; dříve byly pro tento účel stropní lampy samotných lamp vyrobeny z neofanového skla . Takové lampy se používají pro krásnější a rostlinám šetrné osvětlení akvárií , terárií a komerčních prostor. Světlo neodymových lamp příznivě ovlivňuje zrak lidí s některými očními chorobami, jako je albinismus , atrofie zrakového nervu , achromatopsie , krátkozrakost , glaukom , diabetická retinopatie , šedý zákal , kortikální anoxie , primární patologický nystagmus , retinitis pigmentosa , retinitis pigmentosa [32] [33] .

Historie výzkumu a výroby

Schopnost selektivně absorbovat světlo z vodných roztoků neodymových solí byla zaznamenána již v 19. století při objevu prvku neodymu Karlem Auerem von Welsbachem [34] . V roce 1922 byly publikovány studie optických vlastností čistého neodymového skla bez praseodymu [35] [36] .

V roce 1927 zahájil český výrobce Leo Moser ve své firmě Moser jako první komerční výrobu dekorativních předmětů a nádobí z neobvyklého skla. Američtí výrobci následovali ve 30. letech 20. století [2] .

Na počátku 30. let minulého století německá firma Auer jako první využila optických vlastností skla pro svá civilní a poté i vojenská skla [22] . V následujících letech vyrábělo neodymové sluneční brýle mnoho známých značek ( Cazal , Persol , Ray-Ban , Revo ), brýlové čočky pro foukače skla vyrábí Phillips a Schott AG . Světelné filtry pro film a fotografii vyrábí Marumi , Hoya , Kenko , Schneider , Phillips , Tiffen , pro astronomická pozorování - Baader .

V 60. letech 20. století se objevená schopnost neodymových skel a umělých granátů generovat laserové záření začala využívat k vytváření laserových instalací. Průkopníky zde byly Bell Laboratories [37] , poté, vzhledem k možnosti využití laseru ve vojenských záležitostech, termonukleární energetice a mnoha dalších, další vědecké organizace a podniky, včetně těch v Sovětském svazu ( GOI , LITMO a další ) spojili laserové experimenty .

Získání

Složení přísad do sklářské tavící vsázky pro výrobu neodymového skla se liší v závislosti na jejím účelu. Například pro výrobu didymového skla se používá tzv. "didim" ( didymium ) - směs prvků vzácných zemin, skládající se z přibližně 50 % lanthanu , 33,5 % neodymu, 9,5 % praseodymu , 7,0 % samaria a dalších. prvky [14] .

Šedé sklo se taví s přídavkem oxidů neodymu a praseodymu [27] .

Fialové a ametystové sklo se získává přidáním čistého oxidu neodymu do směsi v různých poměrech.

Vizuální efekty

Alexandritový efekt

• Dvě laserové tyče stejné barvy

• Vícebarevné neodymové brýle pod žárovku

• To samé brýle pod zářivkou

• Neodymová skleněná žárovka

Vlastnosti prostupu světla

Světelné zdroje bez neodymových skel

Světelné zdroje přes neodymová skla

• V lustru je jedna žárovka, ostatní jsou zářivky (šedé čočky)

• Osvětlení v metru: ze světla sodíkových výbojek zůstala hlavně červená složka a rtuťové výbojky pod oblouky zmodraly a zdály se jasnější (fialové čočky)

• Výrazný pokles jasu žlutých lamp sodíkového spektra ve srovnání s lampami jiných barev

Pohled na předměty bez neodymových skel

Stejné předměty přes neodymová skla bez polarizace

• Zelené vypadají jedovatě zelené (šedé čočky)

• Červené, oranžové a růžové objekty se zdají světlejší na pozadí ztmavených jiných barev, modrá barva je sytější (fialové čočky)

• Růžové, světle fialové, vínové a žlutooranžové barvy vypadají jasně červené díky absorpci žlutých a modrých tónů (hnědé čočky)

Letáky s neophanovým produktem 30. let

Literatura

1. ↑ Charles Bray. Slovník skla: materiály a techniky  (anglicky) . - University of Pennsylvania Press , 2001. - S. 102. - ISBN 0-8122-3619-X .
2. ↑ 1 2 Chameleon Glass mění barvu . Získáno 6. června 2009. Archivováno z originálu dne 3. dubna 2008. (neurčitý)
3. ↑ Günther Georgens Rätsel-Ergänzungs-Lexikon . Získáno 30. ledna 2015. Archivováno z originálu 5. března 2016. (neurčitý)
4. ↑ 1 2 Zpětné zrcátko motorového vozidla. Patent US 5844721A . Získáno 23. října 2015. Archivováno z originálu dne 4. března 2016. (neurčitý)
5. ↑ Gouras, P. a E. Zrenner; "Barevná vize: Recenze z neurofyziologické perspektivy"; in Progress in Sensory Physiology 1; Springer-Verlag, Berlín-Heidelberg-New York, 1981
6. ↑ Populární knihovna chemických prvků. Neodym . Datum přístupu: 18. června 2015. Archivováno z originálu 4. března 2016. (neurčitý)
7. ↑ Weyl, W.A., str. Barevné brýle. - M. - L. : Society of Glass tech., 1999. - S. 221-222. — 541 s. — ISBN 0-900682-06-X .
8. ↑ Schubert G. Human Physiology in Flight = Schubert G. Physiologie des menscheen im flugzeug / M. I. Tsidiks. - M. - L. : Biomedgiz, 1937. - S. 182. - 204 s.
9. ↑ Absorpce světla hnědými neodymovými čočkami . Získáno 27. září 2015. Archivováno z originálu 28. ledna 2016. (neurčitý)
10. ↑ Kombinace optických filtrů pro zlepšení rozlišení barev. US3877797A . Datum přístupu: 16. prosince 2016. Archivováno z originálu 23. října 2016. (neurčitý)
11. ↑ Spedding F., Daan A. Kovy vzácných zemin. - M. : Hutnictví, 1965. - S. 476. - 612 s.
12. ↑ Kovy vzácných zemin. So. články. - M . : Nakladatelství zahraniční literatury, 1957. - S. 397.
13. ↑ Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Alloys of rare earth metals / Ed. prof. doktor chem. vědy E. M. Savitsky. - M. : Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1962. - S. 214, 215. - 269 s.
14. ↑ 1 2 Lukashev K. I. Vzácné kovy a jejich využití v průmyslu. - Minsk: Nakladatelství Akad. vědy BSSR, 1956. - S. 143. - 180 s.
15. ↑ Emisní spektrum nízkotlaké sodíkové výbojky
16. ↑ Karlov N. V. Neodymový laser // Fyzikální encyklopedie / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Velká ruská encyklopedie , 1992. - T. 3. - S. 320-321. — 672 s. - 48 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-019-3 .
17. ↑ Spedding F., Daan A. Kovy vzácných zemin. - M .: Hutnictví, 1965. - S. 550. - 612 s.
18. ↑ Vícepásmový světelný filtr zlepšující kontrast a polarizované sluneční brýle obsahující stejnou US 8210678 B1 . Datum přístupu: 17. ledna 2016. Archivováno z originálu 29. ledna 2016. (neurčitý)
19. ↑ Polarizovaná čočka slunečních brýlí zvyšující kontrast. Patent US 7597441B1 . Datum přístupu: 17. ledna 2016. Archivováno z originálu 30. ledna 2016. (neurčitý)
20. ↑ Čočka s vylepšeným barevným kontrastem US 7372640 B2 . Datum přístupu: 17. ledna 2016. Archivováno z originálu 31. ledna 2016. (neurčitý)
21. ↑ Polarizační čočka zvýrazňující barvu US 6145984 A . Datum přístupu: 17. ledna 2016. Archivováno z originálu 29. ledna 2016. (neurčitý)
22. ↑ 1 2 3 Schubert G. Human Physiology in Flight = Schubert G. Physiologie des menscheen im flugzeug / M. I. Tsidiks. - M. - L. : Biomedgiz, 1937. - S. 112, 113. - 204 s.
23. ↑ Dannmeyer, F.; "Das Neophanglas als nautisches Hilfsmittel bei unklarer Sicht"; Die Glashutte; 1934; číslo 4; str. 49-50
24. ↑ Stepanov I. S. "Vzácné kovy" - materiály nejnovější technologie. - M. : TSIIN, 1956. - S. 31. - 60 s.
25. ↑ Didymiová skla pro opracování skla . Získáno 30. září 2017. Archivováno z originálu 12. prosince 2017. (neurčitý)
26. ↑ Andrea Sella - Foukací a didymiové brýle . Získáno 30. září 2017. Archivováno z originálu 11. srpna 2017. (neurčitý)
27. ↑ 1 2 Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Alloys of rare earth metals / Ed. prof. doktor chem. vědy E. M. Savitsky. - M. : Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1962. - S. 214. - 269 s.
28. ↑ Zpětné zrcátko motorového vozidla. Patent Spojených států 5844721 . Získáno 23. října 2015. Archivováno z originálu dne 4. března 2016. (neurčitý)
29. ↑ Zrcadlo z tenkého plechu a sklo dopované Nd2O3. US 6881489B2 . Získáno 23. října 2015. Archivováno z originálu dne 4. března 2016. (neurčitý)
30. ↑ Snížené oslnění Okenní sklo obsahující oxid neodymu. US 6416867 B1
31. ↑ Oxid neodymu dopovaný na čelní sklo motorových vozidel a bezpečnostní zasklívací materiál. US 6450652B1 . Získáno 23. října 2015. Archivováno z originálu 30. ledna 2016. (neurčitý)
32. ↑ Faye, Eleanor; "Nový světelný zdroj"; New York Association for the Blind; New York, NY; nedatovaný; jedna stránka
33. ↑ Cohen, Jay M. a Bruce P. Rosenthal; "Hodnocení žárovkového neodymového světelného zdroje na výkonu blízkého bodu u populace s viděním při slabém osvětlení"; Journal of Visual Rehabilitation; sv. 2, č. čtyři; 1988; str. 15-21
34. ↑ Kurilov V.V. , Mendělejev D.I. Didimium, chemický prvek // Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
35. ↑ Weyl, Woldemar A.; Barevné brýle; Dawson's of Pall Mall; Londýn; 1959; S. 219
36. ↑ Weidert, F.; "Das Absorptionsspektrum von Didymglasern bei verschiendenartiger Zusammensetzung des Grundglases"; Zeithschrift f. Wiss. Fotog.; 1921-22; sv. 21; s. 254-264
37. ↑ Geusic, JE; Marcos, HM; Van Uitert, LG Laserové oscilace v yttriovém hliníku, yttria galliu a gadoliniových granátech dopovaných nd   // Applied Physics Letters  : journal. - 1964. - Sv. 4 , ne. 10 . — S. 182 . - doi : 10.1063/1.1753928 . - .

Odkazy