Sticla de neodim

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 14 aprilie 2022; verificările necesită 2 modificări .

Sticlă de neodim  - sticlă minerală care conține oxid de neodim , uneori un amestec de oxizi ai altor elemente de pământuri rare și are mai multe denumiri: sticlă de neodim, sticlă de didim , sticlă cameleon, sticlă alexandrit [ 1] , sticlă Moser ("Alexandrit", "Heliolight", „Royal”) [2] și multe alte denumiri comerciale, printre care se remarcă „Neophane” sau „neophane glass” [3] . Neophan (fenomen nou) este un brand al mai multor companii germane ( Auer , Siemens) pentru diverse produse realizate din această sticlă, a căror denumire a devenit un nume de uz casnic, de fapt denumirea paharului în sine.

În țările vorbitoare de limbă engleză , abrevierea „ACE”  – Amethyst Contrast Enhancer  – „ Amethyst Contrast Enhancer” este folosită pentru a face referire la lentilele ochelarilor și filtrele de lumină din sticlă de neodim violet . Această abreviere este uneori folosită pentru ochelari de alte culori, doar culoarea însăși este scrisă la început, de exemplu, sticla verde - „Green ACE”. Denumirea de sticlă de didim, deși are termenul învechit „ didim ”, este încă folosită pentru a se referi atât la sticlă cu un amestec de oxizi de lantanidă, cât și la sticlă de neodim în sine cu oxid de neodim pur, care este folosită pentru ochelarii de protecție tehnici și pentru filtrele fotografice.

Proprietăți

Această sticlă are proprietăți optice interesante asociate cu tranzițiile ff în învelișul de electroni a atomului de neodim .

• Capacitatea de a absorbi selectiv, în funcție de lungimea de undă , lumina vizibilă: sticla violet absoarbe în mod semnificativ partea galbenă a spectrului, iar linia D dubletă spectrală a radiației de sodiu cu o lungime de undă de 589 și 589,6 nm și radiație cu lungimi de undă de 580- 590 nm absoarbe aproape complet; are benzi de absorbție în alte părți ale radiației optice (430, 480, 520, 730 nm, etc., vezi graficul din dreapta), dar trece aproape complet secțiunea roșie și cea mai vizibilă pentru ochiul uman părțile verde și părțile albastre ale spectrului:

 - obiectele roșii prin sticlă par mai strălucitoare, aproape strălucitoare;  - portocaliul și rozul se înroșesc vizibil și, de asemenea, arată mai strălucitor, pielea persoanelor cu fața palidă devine roz;  - obiectele galben-verzui devin verzi și se văd mai clar;  - obiectele verzi si albastre, cerul albastru si suprafata apei par mai saturate, avand parca o culoare mai pura;  - obiectele galbene își pierd luminozitatea, iar radiația de sodiu pur, fără impurități, practic dispare; dar în majoritatea cazurilor obiectele din material galben rămân vizibile deoarece strălucesc într-un spectru larg și adesea un amestec de raze roșii și verzi este perceput ca fiind galben [4] . De exemplu, lumina unei lămpi cu sodiu, fotografiată și reprodusă pe un monitor folosind tehnologia RGB , nu se estompează prin sticla de neodim și aproape că nu își schimbă culoarea;  - în general, din cauza pierderii părții galbene a spectrului, apare o diferențiere decentă între semitonurile de culoare roșie și verde, datorită căreia imaginea prin astfel de sticlă are un aspect mai contrastant [5] .

• Efectul alexandrit sau efectul bicolor  este capacitatea sticlei cu un conținut de oxid de neodim de cel puțin 4,3% de a schimba culoarea în funcție de tipul de iluminare [6] datorită absorbției de mai sus a culorii galbene și a separării spectrului în două părți: albastru-verde și roșu. Dacă sursa care iluminează sticla eliberează mai multă energie în partea albastră a spectrului, atunci sticla, după ce a absorbit aproape toate razele galbene, devine albastră. Dacă sursa strălucește mai mult în partea roșie, atunci lumina vizibilă se deplasează de la echilibru pe cealaltă parte spectrală și sticla emite lumină roșie [7] . Acesta este modul în care sticla de neodim ametist își schimbă culoarea de la violet la lumină incandescentă și violet la lumina soarelui la albastru la iluminare fluorescentă , sticla gri neodim-praseodim de la gri la verde, respectiv maro de la ceai maro roșcat la galben verzui. Cu o strălucire de sodiu pur, sticla de neodim devine întunecată, aproape neagră. O diferență puternică în strălucirea diferitelor tipuri de lămpi atunci când sunt privite prin sticlă este direct legată de această proprietate (vezi fotografiile de mai jos în secțiunea efecte vizuale).
• Abilitatea de a pompa cu laser .
• Bună absorbție a radiațiilor ultraviolete : lungimi de undă de până la 335 nm sticla absoarbe complet fără aditivi suplimentari [8] .

Ochelarii de alte culori au propriile lor caracteristici de transmisie a luminii. Sticla maro, pe lângă galben, absoarbe aproape complet culoarea albastră [9] și, prin urmare, accentuează și mai mult contrastul și vizibilitatea nuanțelor roșii și face culorile portocalii, maro și violet roșu, visiniu strălucitor și stacojiu. Sticla gri accentuează verdele, oarecum în detrimentul albastrului, făcându-l mai albastru-verde.

Lățimea zonei absorbite în partea galbenă a spectrului în regiunea de 580 nm depinde de conținutul de neodim și de grosimea sticlei. De exemplu, o sticlă obișnuită de didim cu o grosime de 1,5 mm taie o zonă cu o lățime medie de 15 nm, o sticlă cu o grosime de 4 mm va elimina 35 nm și, respectiv, 6 mm, 55 nm. [zece]

Trebuie spus că aproape toate elementele din pământuri rare din pahare și soluții lichide prezintă o absorbție selectivă a luminii, iar paharele de praseodim pur prezintă și dicroism (schimbă culoarea de la incolor la verde datorită absorbției semnificative a razelor albastre) [11] [12] [13] [14] , dar numai în neodim benzile de absorbție sunt amplasate în așa fel încât să sporească contrastul, iar cea mai profundă absorbție coincide în mod ideal cu spectrul de emisie al atomilor de sodiu excitați [15] , care asigură sticla de neodim mai multe aplicatii specifice.

Aplicație

Datorită proprietăților sale optice, sticla de neodim își găsește diverse aplicații.

Capacitatea de a genera radiații laser:

• sticla și granate artificiale care conțin neodim sunt folosite ca mediu activ în laserele care generează radiații în regiunea infraroșu apropiat a spectrului cu o lungime de undă de aproximativ 1,06  μm [16] (vezi, de exemplu, articolul Nd: YAG laser ).

Culoarea sticlei și bicolorul acesteia:

• adăugarea de oxid de neodim pur la sarcina de topire a sticlei este una dintre puținele moduri de a obține o culoare violet strălucitor a sticlei minerale;
• adăugarea de oxizi de lantanide (neodim „negru”, aproximativ 65% neodim în amestec) elimină nuanța verzuie a ochelarilor cauzată de prezența impurităților compușilor de fier în ele [17] ;
• sticla violet și magenta este folosită pentru fabricarea de veselă decorativă, candelabre și produse de artă care își schimbă culoarea sub influența diferitelor lumini;
• folosit în bijuterii ca o imitație a sultanitei  , o varietate de bijuterii din diaspora .

Îmbunătățirea contrastului și o creștere aparentă a luminozității și clarității culorilor roșu, verde și albastru:

• sticlă transparentă violet, gri-verde și maro cu transmisie a luminii de la 65 la 20%, precum și sticlă întunecată suplimentar, polarizată, oglindită și întărită din interior cu un strat de policarbonat [ 18] [19] [20] [21] utilizat pentru fabricarea ochelarilor de soare accesorii , deoarece oferă vizibilitate colorată și contrastantă, efecte de iluminare neobișnuite și își schimbă culoarea în funcție de condițiile de iluminare;
• ochelarii cu ochelari de neodim sunt utili pentru persoanele cu percepția redusă a culorilor roșii și verzi ( deuteroanomalie , protanomalie ) [22] ;
• sticla de neodim violet, gri și maro a fost folosită în ochelarii de soare pentru sport și șofer din anii 1930 până în anii 1990, deoarece îmbunătățesc contrastul culorilor, reduc strălucirea și permit o mai bună vizibilitate a îmbrăcămintei și echipamentelor sportive vopsite , a luminilor de avertizare și a semnelor rutiere colorate și a marcajului . . Astăzi, nu este utilizat în aceste scopuri, deoarece conform standardelor actuale de siguranță, astfel de ochelari ar trebui să fie produși numai cu lentile din plastic rezistente la impact. În plus, astăzi semafoarele și semafoarele sunt mai luminoase decât cele folosite în secolul al XX-lea;
• sticlă violet deschis de 2 mm grosime și transmisie a luminii 52,3% [22] a fost folosită în ochelarii Auer Neophan pentru piloții și navigatorii germani ai Luftwaffe în timpul celui de-al Doilea Război Mondial : au făcut posibil să se vadă mai bine avioanele și norii pe cer, au crescut contrastul a suprafeței pământului și, în general, vizibilitate îmbunătățită prin reducerea luminozității culorii galbene în lumina de fundal din praf și ceață din aerul solului;
• pentru navigație au fost recomandați și ochelarii cu ochelari din neofan pentru a îmbunătăți vizibilitatea pe vreme rea, în ceață și la apus și răsărit [23] ;
• Sticla de neodim de culoare roșu intens (rubin) a fost folosită în ochelarii de scufundări pentru a se adapta rapid de la lumina strălucitoare a zilei de afară la lumina slabă din interiorul submarinului sau, dimpotrivă, pentru a se obișnui rapid cu întunericul nopții. Deși sticla obișnuită sau plasticul roșu este suficient pentru aceasta;
• filtrele fotografice sunt realizate din sticla ametist si neodim verde , concepute respectiv ametist pentru a spori transmiterea culorilor rosu, portocaliu si maro, iar verde - pentru a spori verdele (de exemplu, pentru fotografiarea verdeata);
• Sticla de neodim de culoare roșie aprinsă este utilizată în indicatoarele instrumentelor de navigație .

Absorbția radiațiilor galbene:

• sticla violet, violet și gri-verde cu un amestec de neodim și praseodim (sticlă ACE și Green ACE) este utilizată în lentilele ochelarilor de protecție cu didim (ochelari de didim ) pentru suflanții de sticlă , lucrătorii de lampi și sudori [24] : absoarbe cu spectru îngust radiații de emisie a atomilor de sodiu atunci când se lucrează cu arzătoare de sticlă. O flacără strălucitoare prin astfel de ochelari aproape că dispare, nu irită ochii și nu interferează cu vederea sticlei încălzite [25] [26] . Uneori, aceste lentile sunt acoperite cu un strat de oglindă care reflectă razele de căldură care sunt dăunătoare pentru ochi ;
• sticla de plumb dopată cu neodim este folosită în aparatele cu raze X pentru a monitoriza procesele în lumina puternică a lămpilor cu sodiu [27] ;
• sticla violet deschis este folosită în filtrele telescopului pentru a reduce strălucirea cerului nocturn în zonele în care lămpile cu sodiu sunt folosite predominant la lămpile stradale , precum și pentru a schimba culoarea obiectelor astronomice pentru a îmbunătăți vizibilitatea;
• folosit uneori pentru oglinzile retrovizoare auto , deoarece absoarbe parțial strălucirea soarelui și farurile orbitoare reflectate, îmbunătățește contrastul [4] [28] [29] ;
• poate fi folosit pentru fabricarea geamurilor pentru geamuri și autovehicule pentru a le conferi proprietăți de ecranare a luminii și pentru a îmbunătăți redarea culorii [30] [31] ;
• becurile unor tipuri de lămpi cu incandescență sunt fabricate din această sticlă pentru a filtra razele galbene în exces din spectrul strălucirii lor pentru a crea lumină apropiată de lumina albă de zi cu o nuanță ușor roz; mai devreme, în acest scop, plafonierele lămpilor în sine erau realizate din sticlă neofană . Astfel de lămpi sunt folosite pentru o iluminare mai frumoasă și mai prietenoasă cu plantele pentru acvarii , terarii și spații comerciale. Lumina lămpilor cu neodim afectează în mod favorabil vederea persoanelor cu unele afecțiuni oculare, cum ar fi albinismul , atrofia nervului optic , acromatopsie , miopie , glaucom , retinopatie diabetică , cataractă , anoxie corticală , nistagmus patologic primar , retinită pigmentară , retinită pigmentară [32] [33] .

Istoria cercetării și producției

Capacitatea de a absorbi selectiv lumina din soluțiile apoase de săruri de neodim a fost observată încă din secolul al XIX-lea, în timpul descoperirii elementului de neodim de către Karl Auer von Welsbach [34] . În 1922, au fost publicate studii privind proprietățile optice ale sticlei de neodim pur, fără praseodim [35] [36] .

În 1927, producătorul ceh Leo Moser la compania sa Moser a fost primul care a început producția comercială de articole decorative și vesela din sticlă neobișnuită. Producătorii americani au urmat exemplul în anii 1930 [2] .

La începutul anilor 1930, firma germană Auer a fost prima care a folosit proprietățile optice ale sticlei pentru ochelarii ei civili și apoi militari [22] . În anii următori, ochelarii de soare din neodim au fost produși de multe mărci cunoscute ( Cazal , Persol , Ray-Ban , Revo ), lentilele de ochelari pentru suflanții de sticlă sunt produse de Phillips și Schott AG . Filtrele de lumină pentru film și fotografie sunt produse de Marumi , Hoya , Kenko , Schneider , Phillips , Tiffen , pentru observații astronomice - Baader .

În anii 1960, capacitatea descoperită a ochelarilor de neodim și a granatelor artificiale de a genera radiații laser a început să fie folosită pentru a crea instalații cu laser. Laboratoarele Bell [37] au fost pionierii aici , atunci, datorită posibilității de a utiliza laserul în afaceri militare, energie termonucleară și multe alte lucruri, alte organizații și întreprinderi științifice, inclusiv cele din Uniunea Sovietică ( GOI , LITMO și altele ) , s- au alăturat experimentelor cu laser .

Obținerea

Compoziția aditivilor la sarcina de topire a sticlei pentru producerea sticlei de neodim este diferită în funcție de scopul acesteia. De exemplu, pentru producția de sticlă de didim , se folosește așa-numitul „didim” ( didim ) - un amestec de elemente de pământuri rare, constând din aproximativ 50% lantan , 33,5% neodim, 9,5% praseodim , 7,0% samariu și altele. elemente [14 ] .

Sticla cenușie se topește cu adaos de oxizi de neodim și praseodim [27] .

Sticla violet și ametist se obține prin adăugarea de oxid de neodim pur la amestec în diferite proporții.

Efecte vizuale

Efectul alexandrit

• Două tije laser de aceeași culoare

• Ochelari multicolori din neodim sub o lampă cu incandescență

• Aceiași ochelari sub o lampă fluorescentă

• Bec lampa cu incandescenta din sticla neodim

Caracteristicile transmisiei luminii

Surse de lumină fără ochelari de neodim

Surse de lumină prin ochelari de neodim

• Există o lampă incandescentă în candelabru, restul sunt fluorescente (lentile gri)

• Iluminat în metrou: de la lumina lămpilor cu sodiu a rămas în principal componenta roșie, iar lămpile cu mercur de sub arcade au devenit albastre și par mai strălucitoare (lentile violete)

• O scădere semnificativă a luminozității lămpilor galbene din spectrul de sodiu în comparație cu lămpile de alte culori

Vedere a obiectelor fără ochelari de neodim

Aceleași obiecte prin ochelari de neodim fără polarizare

• Verzile arată un verde otrăvitor (lentile gri)

• Obiectele roșii, portocalii și roz apar mai strălucitoare pe fundalul altor culori întunecate, culoarea albastră este mai saturată (lentile violete)

• Culorile roz, violet pal, visiniu și galben-portocaliu apar roșu aprins datorită absorbției tonurilor de galben și albastru (lentile maro)

pliante cu produse neofan din anii 1930

Literatură

1. ↑ Charles Bray. Dicționar de sticlă: materiale și tehnici  (engleză) . - University of Pennsylvania Press , 2001. - P. 102. - ISBN 0-8122-3619-X .
2. ↑ 1 2 Cameleon Sticla își schimbă culoarea . Consultat la 6 iunie 2009. Arhivat din original la 3 aprilie 2008. (nedefinit)
3. ↑ Günther Georgens Rätsel-Ergänzungs-Lexikon . Preluat la 30 ianuarie 2015. Arhivat din original la 5 martie 2016. (nedefinit)
4. ↑ 1 2 Oglinda retrovizoare pentru autovehicul. Brevet US 5844721A . Preluat la 23 octombrie 2015. Arhivat din original la 4 martie 2016. (nedefinit)
5. ↑ Gouras, P. și E. Zrenner; „Viziunea culorii: o revizuire dintr-o perspectivă neurofiziologică”; în curs de fiziologie senzorială 1; Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1981
6. ↑ Biblioteca populară de elemente chimice. Neodim . Data accesului: 18 iunie 2015. Arhivat din original pe 4 martie 2016. (nedefinit)
7. ↑ Weyl, W.A., p. Ochelari colorați. - M. - L. : Society of Glass tech., 1999. - S. 221-222. — 541 p. — 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 p.
9. ↑ Absorbția luminii de către lentilele de neodim maro . Consultat la 27 septembrie 2015. Arhivat din original la 28 ianuarie 2016. (nedefinit)
10. ↑ Combinație de filtru optic pentru îmbunătățirea discriminării culorilor. US3877797A . Data accesului: 16 decembrie 2016. Arhivat din original pe 23 octombrie 2016. (nedefinit)
11. ↑ Spedding F., Daan A. Metale din pământuri rare. - M . : Metalurgie, 1965. - S. 476. - 612 p.
12. ↑ Metale pământuri rare. sat. articole. - M . : Editura de Literatură Străină, 1957. - S. 397.
13. ↑ Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Aliaje de metale din pământuri rare / Ed. prof. doctor în chimie. Științe E. M. Savitsky. - M. : Editura Academiei de Științe a URSS, 1962. - S. 214, 215. - 269 p.
14. ↑ 1 2 Lukashev K. I. Metale rare și utilizarea lor în industrie. - Minsk: Editura Acad. Ştiinţe ale BSSR, 1956. - S. 143. - 180 p.
15. ↑ Spectrul de emisie al lămpii cu sodiu de joasă presiune
16. ↑ Karlov N. V. Laser cu neodim // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1992. - T. 3. - S. 320-321. — 672 p. - 48.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-019-3 .
17. ↑ Spedding F., Daan A. Metale din pământuri rare. - M . : Metalurgie, 1965. - S. 550. - 612 p.
18. ↑ Filtru de lumină de îmbunătățire a contrastului cu mai multe benzi și lentile de ochelari de soare polarizate care conțin același US 8210678 B1 . Data accesului: 17 ianuarie 2016. Arhivat din original la 29 ianuarie 2016. (nedefinit)
19. ↑ Lentile de ochelari de soare polarizate care sporesc contrastul. Brevet US 7597441B1 . Data accesului: 17 ianuarie 2016. Arhivat din original la 30 ianuarie 2016. (nedefinit)
20. ↑ Lentila cu contrast de culoare îmbunătățit US 7372640 B2 . Data accesului: 17 ianuarie 2016. Arhivat din original la 31 ianuarie 2016. (nedefinit)
21. ↑ Lentila polarizată pentru îmbunătățirea culorii US 6145984 A. Data accesului: 17 ianuarie 2016. Arhivat din original la 29 ianuarie 2016. (nedefinit)
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 p.
23. ↑ Dannmeyer, F.; „Das Neophanglas als nautisches Hilfsmittel bei unklarer Sicht”; Die Glashutte; 1934; numărul 4; pp. 49-50
24. ↑ Stepanov I. S. „Metale rare” - materiale de ultimă tehnologie. - M. : TSIIN, 1956. - S. 31. - 60 p.
25. ↑ Ochelari de didim pentru prelucrarea sticlei . Consultat la 30 septembrie 2017. Arhivat din original la 12 decembrie 2017. (nedefinit)
26. ↑ Andrea Sella - Ochelari pentru suflarea sticlei și didimiu . Preluat la 30 septembrie 2017. Arhivat din original la 11 august 2017. (nedefinit)
27. ↑ 1 2 Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Aliaje de metale din pământuri rare / Ed. prof. doctor în chimie. Științe E. M. Savitsky. - M. : Editura Academiei de Științe a URSS, 1962. - S. 214. - 269 p.
28. ↑ Oglinda retrovizoare pentru autovehicul. Brevetul Statelor Unite 5844721 . Preluat la 23 octombrie 2015. Arhivat din original la 4 martie 2016. (nedefinit)
29. ↑ Oglindă din tablă subțire și sticlă dopată cu Nd2O3. US 6881489B2 . Preluat la 23 octombrie 2015. Arhivat din original la 4 martie 2016. (nedefinit)
30. ↑ Oxid de neodim cu efect redus de strălucire, care conține sticlă. US 6416867 B1
31. ↑ Parbriz și geam de siguranță dopat cu oxid de neodim. US 6450652B1 . Consultat la 23 octombrie 2015. Arhivat din original la 30 ianuarie 2016. (nedefinit)
32. ↑ Faye, Eleanor; „O nouă sursă de lumină”; Asociația pentru nevăzători din New York; New York, NY; nedatat; o pagina
33. ↑ Cohen, Jay M. și Bruce P. Rosenthal; „O evaluare a unei surse de lumină incandescentă cu neodim asupra performanței punctului apropiat a unei populații cu vedere în lumină scăzută”; Jurnalul de reabilitare vizuală; Vol. 2, nr. patru; 1988; pp. 15-21
34. ↑ Kurilov V.V. , Mendeleev D.I. Didimiul, un element chimic // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
35. ↑ Weyl, Woldemar A.; Ochelari colorați; Dawson's of Pall Mall; Londra; 1959; S. 219
36. ↑ Weidert, F.; „Das Absorptionsspektrum von Didymglasern bei verschiendenartiger Zusammensetzung des Grundglases”; Zeithschrift f. Wiss. Fotografie; 1921-22; Vol. 21; p. 254-264
37. ↑ Geusic, JE; Marcos, HM; Van Uitert, LG Oscilații laser în ytriu aluminiu, ytriu galiu și granate gadoliniu dopat nd   // Applied Physics Letters  : jurnal. - 1964. - Vol. 4 , nr. 10 . — P. 182 . - doi : 10.1063/1.1753928 . - Cod biblic .

Link -uri