Фотохромный эффект

 При воздействии гамма-излучения  г кристалле возникают f-центры, разрушающиеся под действием  света: максимум поглощения f-центров  близок к 630 нм, что соответствует  линии излучений гелий-неонового лазера. Было обнаружено, что снижение температуры кристалла до -196°С как при регистрации голограмм, так и при реконструкции изображения приводит к улучшению качества изображения . Для стирания голограммы кристалл подвергают УФ облучению (225 нм), после чего возможна повторная запись. УФ облучение переводит u-центры (атомы водорода с одним захваченным электроном, расположенные в решётке вместо Вr-) в f -центры (электроны, расположенные в решётке вместо br-).

Более подробно: При аддитивной окраске атом щелочного металла ионизируется на поверхности кристалла и отдает электрон,  который диффундирует внутрь кристалла.  Так как процесс окраски происходит при повышенных температурах,  то вследствие наличия градиента концентрации ионы хлора диффундируют к поверхности кристалла.  При этом ион металла объединяется с ионом хлора,  создавая на поверхности кристалла новую молекулу, а в объеме кристалла возникает анионная вакансия  (рис. 1.1). При охлаждении кристалла электроны локализуются на таких положительно заряженных анионных вакансиях, создавая F-центры. Под влиянием фото термостимулированного воздействия на кристаллы KCl,  в которых содержатся только F-центры,  в них происходит разрушение F-полосы поглощения и возникновение длинноволновой полосы поглощения, обусловленной центрами коллоидного типа [33-35].

 

Описанные кристаллы, как, впрочем, и все обратимые фотохромные среды, имеют тот недостаток, что считывание записанной на них информации приводит к разрушению записи, поскольку неэкспонированные участки кристалла сохраняют свою светочувствительность. Неразрушающее считывание может быть выполнено при охлаждении кристалла. Может быть также применено дополнительное облучение кристалла, приводящее центры светочувствительности в неактивное состояние. Наконец, для считывания может быть использовано излучение, не производящее фотохимического действия, однако при этой из-за изменения длины волны масштаб реконструированного изображения меняется и аберрации его возрастают.

 

 

 

 

3. Фотохромные органические  пленки. Фотохромные плёнки, представляющие собой молекулярный раствор органического красителя, например спиропирана, в подходящей полимерной матрице были использована для записи тонко слойных амплитудных голограмм, создаваемых излучением гелий-неонового лазера. Плёнка предварительно подвергалась УФ облучению; что приводило к её потемнению. При воздействии излучения лазера происходило её обесцвечивание. Плёнки могут быть использованы многократно, однако при частом повторении цикла запись-стирание могут наблюдаться явления усталовсти.

 

 

 

 

 

 

 

                      

           

   

                   СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФОТОХРОМНЫЕ ЛИНЗЫ

 С началом нового тысячелетия  на рынке появились фотохромные  линзы, которые не только увеличивают  комфорт пользователя, но и имеют  другие полезные или необычные  функции. Так, концерн «Rodenstock» представил новые органические фотохромные линзы «Perfalit ColorMatic brown/grey» и «Perfalit ColorMatic Contrast orange», которые отличаются минимальным затемнением в неактивированной стадии, сохраняют стабильность окрашивания при чрезвычайно долгом сроке службы и усиливают контрастность зрительного восприятия. Новые фотохромные линзы особенно хорошо подходят людям с повышенной светочувствительностью, страдающим диабетом и аллергией. 

Терапевтические минеральные  фотохромные линзы «Glare Control» представлены и в ассортименте компании «Corning». Эти линзы выполнены из шести типов фотохромных минеральных материалов, поглощающих видимый синий диапазон спектра и различающихся границей отрезания коротковолновой области спектра – от 450 до 550 нм. Эти линзы предназначены для людей, страдающих повышенной светочувствительностью.

Все большую популярность приобретают фотохромные линзы  различной цветовой гаммы – их окрашивают в яркие цвета, которые  изменяются после пребывания на открытом воздухе. Особенностью линз «Switch» является то, что в неактивированной стадии на них заметен лишь тот или иной цветной оттенок (5–15%), но под воздействием солнечных лучей линза приобретает более интенсивное и яркое окрашивание (20–65%). Все линзы выполнены из материала с показателем преломления 1,50; они надежно отрезают ультрафиолетовый диапазон солнечного излучения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

 

                           ФОТОХРОМНЫЕ СВОЙСТВА СТЕКЛА

 

Фундаментальные исследования свойств и конструирования фотохромных стекол проводились на кафедре стекла Института им. Д. И. Менделеева. В основу этих стекол положено окрашивание их коллоидными красителями. Наиболее известным из таких является так называемый золотой рубин. Фотохромные свойства стекла придают примеси европия, церия и особенно соединения серебра с галогенами. При этом поглощение различных лучей спектра у них неодинаково. Волны синего цвета (400 нонметров длиной) лучше всего поглощаются хлористым серебром, зеленого (500 нм) — бромистым серебром. Максимальным поглощением лучей желтого цвета (600 нм) отличаются стекла с йодистым серебром.

 

Трудной задачей при  изготовлении таких стекол является равномерное рассредоточение примесей по всей массе стекольного расплава, ибо от него они отличаются плотностью. Эта неприятная для земных условий особенность не имеет никакого значения в космосе. Невесомость представляет возможность изготовлять высококачественные фотохромные стекла, одинаково пригодные для пользования ими как в космосе, так и на земле.

 

 

одной из модных тенденций современной архитектуре стало масштабное остекление зданий. При этом, помимо технических задач выполнения свето прозрачных конструкций, конструкторам приходится учитывать необходимость дополнительной защиты сильно остекленных зданий от солнечного излучения. Одним из возможных решений этой задачи является использование фотохромных стекол, обладающих необычными свойствами.

 

В быту фотохромные стекла нам известны по очкам-"хамелеонам", стекла в которых темнеют при ярком солнечном свете и вновь становятся прозрачными при снижении уровня освещенности. Изготавливаются такие стекла с добавлением оксида бора и хлорида серебра. При повышенном попадании света на стекла, данные химические вещества вступают в реакцию. В результате выделяется атомарное серебро, создающее эффект потемнения стекла. Когда уровень освещения падает, начинает происходить обратная реакция и стекло вновь становится прозрачным.

 

Какие преимущества дает на практике использование фотохромных стекол при остеклении зданий? Прежде всего, такие стекла позволяют автоматически регулировать уровень освещенности в помещениях, что особенно важно в сильно остекленных зданиях. В то время как солнцеотражающие тонированные стекла будут продолжать препятствовать проникновению естественного света в пасмурный день или вечернее время, фотохромные стекла при отсутствии интенсивного солнечного света останутся прозрачными, способствуя лучшему освещению. И, напротив, при очень интенсивном солнечном излучении фотохромные стекла обеспечат более эффективную защиту, изменив свой цвет в соответствии реальным уровнем светового потока. Поэтому применение фотохромных стекол в сильноостекленных зданиях является одним из весьма перспективных решений, которое позволяет обеспечить комфортное естественное освещение.

 

К достоинствам использования  фотохромных стекол также можно  отнести автоматическую регуляцию  поступления тепла в помещения. В теплое время года это способствует более комфортному микроклимату и позволяет снизить расходы на кондиционирование здания.

 

В настоящее время, фотохромные  стекла пока широко не используются в  масштабном остеклении, однако их производство уже налажено в Германии и США. Учитывая любовь сегодняшних архитекторов к сооружениям из стекла и металла, возможно, в ближайшем будущем фотохромные стекла на фасадах зданий станут не таким уж редким явлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

                

 

                              ХИМИЧЕСКИЙ ФОТОХРОМИЗМ

 

ФОТОХРОМИЗМ СПИРОНАФТООКСАЗИНОВ В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ

Спиропираны и спирооксазины  относятся к наиболее широко иссле-

дованным классам фотохромных  соединений. Фотохромные превраще-

ния в этом случае обусловлены  переходами между закрытой спиро-

формой А и открытой мероцианиновой формой В (рис. 1). Как правило,

эти соединения не проявляют  фотохимическую активность в микрокри-

сталлических порошках и монокристаллах. Причина заключается  в

том, что фотопревращения, обусловленные разрывом связи между  спи-

ро-атомом углерода и атомом кислорода с последующей изомеризацией

молекулы, требуют наличия  большого свободного объема, отсутствую-

щего в твердой фазе.

 

Изучены фотохромные  превращения фенантролинсодержащего спирооксазина (SPO, рис. 1) и цианозамещенных спирооксазинов (SNO, рис. 1).

Рис. 1. Закрытая спиро-форма (А) и открытая мероциа-ниновая форма (В) спирооксазинов SPO и SNO.

Под воздействием света рвётся одна из связей, и молекулы перестраиваются почти мгновенно, в результате меняется окраска всего  вещества (иллюстрация ACS).

                                    

                        Расчёты для фотохромного эффекта

Цель вычислений: определить объемную плотность центров окраски в щелочно-галоидных кристаллах.

 

Центры окраски впервые  были обнаружены в 30-х годах XX в щелочно-галоидных  кристаллах.  Тогда же А.  Смакула  вывел методом классической электродинамики  дисперсионную формулу,  позволяющую  по параметрам полосы поглощения оптического спектра F-центров определить их объемную плотность:

Здесь n – концентрация поглощающих  центров в см^-3

α0 –  показатель  преломления  невозбужденного кристалла в  окрестности максимума полосы поглощения λ0

f –  сила осциллятора исследуемой полосы поглощения – безразмерная

величина, определяющая вероятность  переходов между энергетически-

ми уровнями в квантовых (атомных, молекулярных, ядерных) системах.

Она представляет собой отношение  энергии излучателя к энергии  гар-

монического осциллятора того же масштаба.

k – коэффициент поглощения в  максимуме полосы, см-1

∆E – полуширина полосы поглощения, эВ;

 

Расчёты произвожу  для щелочно-галоидного монокристалла LiF 

Принципиальная схема  наблюдения спектра поглощения в  образце 

представлена на рис. 4.

В качестве поглощающих образцов в  работе используются пластинки щелочно-галоидных  монокристаллов(LiF), облученные на циклотроне пучком протонов с энергией 3,5 МэВ. При облучении в кристаллах образуются центры окраски, в частности F1 и F2-центры. Спектры поглощения этих кристаллов содержат интенсивные F1- и F2-  полосы. Толщина окрашенного слоя определяется глубиной проникновения протонов.

 Толщина окрашенного слоя Х, сила осциллятора исследуемой  F-полосы  f и коэффициент преломления кристалла в окрестности максимума полосы поглощения α0 приведены в табл. 1.

 

Рис. 1.  Поглощение кристалла LiF не облученного (1)

и облученного 5 мин (2).

Полоса при 250 нм в неактивированных кристаллах LiF обусловлена F-центрами. Эти центры появляются при облучении кристаллов ионизирующей радиацией, а также после аддитивного окрашивания.

 

Следующие значения параметров:

Энергия фотонов, на которую приходится максимум полосы E_m = 4.98 эВ, энергетическая ширина на полувысоте ΔE(H_1/2)= 0.67эВ.

 

Получаю из графика рис.1(при λ=250 нм) k=60 см^-1.

 

Полученные значения с хорошей  точностью совпадают с известными для   F–полосы в чистом LiF.

 

Вычисления:

    Используя формулу:                                          и полученные данные:    

            ΔE(H_1/2)= 0.67эВ    k0=60 см^-1

           α0=1.40                f=0,10

 

 

 

 

Рассчитываю объемную плотность  центров окраски n:

 

Перевожу ΔE(H_1/2)= 0.67эВ в Вольты:            

 

ΔE(H_1/2)= 4.188*10^18                  

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, определил концентрацию поглощающих центров(центров окраски) в твердом теле(LiF).

 

 

 

 

 

 

                                                 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ученые отмечают, что  фотохромные свойства материал имеет  как в твердом кристаллическом  состоянии, так и в растворенном виде. При этом состояния очень стабильны, что также расширяет возможности его применения. Растворы, по словам самих ученых, могут пригодиться в медицине.

Что же касается твердого состояния, то руководитель исследования Джиро Абе (Jiro Abe) отмечает -- новый материал может быть использован для создания устройств оптической памяти и динамических голограмм. Впрочем, даже создание менее инерционных очков-хамелеонов уже будет неплохим достижением.