Neodym glas

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 14 april 2022; kontroller kräver 2 redigeringar .

Neodymiumglas  - mineralglas som innehåller neodymoxid , ibland en blandning av oxider av andra sällsynta jordartsmetaller och har flera namn: neodymglas, didymglas , kameleontglas, alexandritglas [1] , Moserglas ("Alexandrite", "Heliolight" , "Royal") [2] och många andra handelsnamn, bland vilka sticker ut "Neophane" eller "neophane glass" [3] . Neophan (nytt fenomen) är ett varumärke från flera tyska företag ( Auer , Siemens ) för olika produkter tillverkade av detta glas, vars namn har blivit ett känt namn, faktiskt namnet på själva glaset.

I engelsktalande länder används förkortningen "ACE"  - Amethyst Contrast Enhancer  - " Amethyst Contrast Enhancer" för att hänvisa till glasögonlinser och ljusfilter gjorda av lila neodymglas . Denna förkortning används ibland för glasögon av andra färger, bara färgen själv skrivs i början, till exempel grönt glas - "Green ACE". Namnet didymiumglas, även om det har den förlegade termen " didim ", används fortfarande för att hänvisa till både glas med en blandning av lantanidoxider och neodymglas i sig med ren neodymoxid, som används för tekniska skyddsglasögon och för fotografiska filter.

Egenskaper

Detta glas har intressanta optiska egenskaper förknippade med ff-övergångar i elektronskalet hos neodymatomen .

• Förmågan att selektivt, beroende på våglängden , absorbera synligt ljus: violett glas absorberar signifikant den gula delen av spektrumet och den spektrala dubbletten D-linjen av natriumstrålning med en våglängd på 589 och 589,6 nm och strålning med våglängder på 580- 590 nm absorberar nästan helt; har absorptionsband i andra delar av den optiska strålningen (430, 480, 520, 730 nm, etc., se grafen till höger), men passerar nästan helt den röda sektionen och de mest synliga för det mänskliga ögat delarna av greenen. och blå delar av spektrumet:

 - röda föremål genom glaset verkar ljusare, nästan lysande;  - orange och rosa rodnar synligt och ser också ljusare ut, huden på bleka ansikten blir rosa;  - gulgröna föremål blir gröna och syns tydligare;  - gröna och blå föremål, den blå himlen och vattenytan ser mer mättade ut, som har en renare färg;  - gula föremål förlorar sin ljusstyrka, och ren natriumstrålning utan föroreningar försvinner praktiskt taget; men i de flesta fall förblir gula materiella föremål synliga eftersom de lyser i ett brett spektrum och ofta uppfattas en blandning av röda och gröna strålar som gula [4] . Till exempel, ljuset från en natriumlampa, fotograferat och reproducerat på en bildskärm med RGB -teknik , bleknar inte genom neodymglas och ändrar nästan inte färg;  - i allmänhet, på grund av förlusten av den gula delen av spektrumet, uppstår en anständig differentiering mellan röda och gröna färghalvtoner, på grund av vilken bilden genom sådant glas har ett mer kontrasterande utseende [5] .

• Alexandriteffekten eller tvåfärgseffekten  är förmågan hos glas med en neodymoxidhalt på minst 4,3 % att ändra färg beroende på typ av belysning [6] på grund av ovanstående absorption av gul färg och separation av spektrum i två delar: blågrön och röd. Om källan som lyser upp glaset avger mer energi i den blå delen av spektrat, blir glaset blått, efter att ha absorberat nästan alla gula strålar. Om källan lyser mer i den röda delen så skiftar det synliga ljuset från jämvikt till den andra spektralsidan och glaset avger rött ljus [7] . Det är så ametist neodymglas ändrar färg från lila under glödljus och violett under solljus till blått under lysrörsbelysning , neodym-praseodymium grått glas från grått till grönt respektive brunt från te rödbrunt till gröngult. Med en ren natriumglöd blir neodymglas mörkt, nästan svart. En skarp skillnad i glöden hos olika typer av lampor när de ses genom glas är direkt relaterad till denna egenskap (se bilder nedan i avsnittet om visuella effekter).
• Förmågan att laserpumpa .
• Bra absorption av ultraviolett strålning : våglängder upp till 335 nm glas absorberas helt utan ytterligare tillsatser [8] .

Glasögon i andra färger har sina egna ljustransmissionsegenskaper. Brunt glas, förutom gult, nästan helt absorberar blå färg [9] och skärper därigenom ytterligare kontrasten och synligheten av röda nyanser, och gör orange, bruna och lila färger röda, ljusa vinröda och scharlakansröda. Det grå glaset accentuerar det gröna, något till nackdel för det blå, vilket gör det mer blågrönt.

Bredden på det absorberade området i den gula delen av spektrumet i området 580 nm beror på innehållet av neodym och glasets tjocklek. Till exempel skär ett vanligt didymiumglas med en tjocklek på 1,5 mm av ett område med en genomsnittlig bredd på 15 nm, ett glas med en tjocklek på 4 mm kommer att eliminera 35 nm respektive 6 mm 55 nm. [tio]

Det måste sägas att nästan alla sällsynta jordartsmetaller i glas och flytande lösningar uppvisar selektiv absorption av ljus, och rena praseodymiumglas visar också dikroism (byter färg från färglös till grön på grund av betydande absorption av blå strålar) [11] [12] [13] [14] , men endast i neodym är absorptionsbanden placerade på ett sådant sätt att de förstärker kontrasten, och den djupaste absorptionen sammanfaller helst med emissionsspektrumet för exciterade natriumatomer [15] , vilket ger neodymglas flera specifika applikationer.

Applikation

På grund av dess optiska egenskaper, hittar neodymglas olika tillämpningar.

Förmåga att generera laserstrålning:

• glas och konstgjorda granater innehållande neodym används som ett aktivt medium i lasrar som genererar strålning i det nära infraröda området av spektrumet med en våglängd på cirka 1,06  μm [16] (se t.ex. artikeln Nd: YAG laser ).

Glasfärg och dess tvåfärgade:

• tillsatsen av ren neodymoxid till glasets smältladdning är ett av få sätt att få en ljus lila färg av mineralglas;
• tillsatsen av lantanidoxider ("svart" neodym, cirka 65% neodym i blandningen) eliminerar den grönaktiga nyansen av glasögon som orsakas av närvaron av föroreningar av järnföreningar i dem [17] ;
• violett och magenta glas används för tillverkning av dekorativa serviser, ljuskronor och konstprodukter som ändrar färg under påverkan av olika belysning;
• används i smycken som en imitation av sultanit  , en smyckesvariant av diasporan .

Kontrastförbättring och en uppenbar ökning av ljusstyrkan och klarheten i röda, gröna och blå färger:

• transparent violett, grågrönt och brunt glas med ljusgenomsläpplighet från 65 till 20 %, samt ytterligare mörkt, polariserat, spegelvänt och förstärkt från insidan med ett polykarbonatskikt [18] [19] [20] [21] glas är används för tillverkning av tillbehörssolglasögon , eftersom det ger färgglad och kontrastrik synlighet, ovanliga ljuseffekter och ändrar färg beroende på ljusförhållanden;
• glasögon med neodymglasögon är användbara för personer med nedsatt uppfattning om röda och gröna färger ( deuteroanomaly , protanomaly ) [22] ;
• lila, grått och brunt neodymglas användes i sport- och bilsolglasögon från 1930-talet till 1990-talet, eftersom de förbättrar färgkontrasten, minskar bländning och tillåter bättre synlighet för färgade sportkläder och utrustning , varningslampor och färgade vägskyltar och markeringar . Idag används det inte för dessa ändamål, eftersom sådana glasögon enligt gällande säkerhetsstandarder endast ska tillverkas med slagtåliga plastlinser. Dessutom är signal- och trafikljus idag ljusare än de som användes på 1900-talet;
• ljuslila glas 2 mm tjockt och ljusgenomsläpplighet 52,3 % [22] användes i Auer Neophan-glasögon för tyska piloter och navigatörer av Luftwaffe under andra världskriget : de gjorde det möjligt att bättre se flygplan och moln mot himlen, ökade kontrasten av jordens yta och generellt förbättrad sikt genom att minska ljusstyrkan hos den gula färgen i bakgrundsljuset från damm och dis i markluften;
• glasögon med neofanglasögon rekommenderades också för navigering för att förbättra sikten i dåligt väder, i dimma och under solnedgång och soluppgång [23] ;
• Intensivt rött (rubin) neodymglas användes i dykglasögon för att snabbt anpassa sig från starkt dagsljus utanför till svag belysning inne i ubåten, eller omvänt för att snabbt vänja sig vid nattens mörker. Även om vanligt glas eller röd plast räcker till detta;
• fotografiska filter är gjorda av ametist och grönt neodymglas , designat respektive ametist för att förbättra överföringen av röda, orange och bruna färger, och grönt - för att öka grönt (till exempel för att fotografera grönska);
• klarrött neodymglas används i navigationsinstrumentindikatorer .

Absorption av gul strålning:

• lila, violett och grågrönt glas med en blandning av neodym och praseodym (ACE och grönt ACE-glas) används i linserna till skyddande didymglas (didymglas) för glasblåsare , lamparbetare och svetsare [24] : det absorberar smalspektrum . emissionsstrålning av natriumatomer vid arbete med glasbrännare. En ljus låga genom sådana glasögon försvinner nästan, irriterar inte ögonen och stör inte se det uppvärmda glaset [25] [26] . Ibland är dessa linser belagda med ett spegellager som reflekterar värmestrålar som är skadliga för ögonen ;
• blyglas dopat med neodym används i röntgenapparater för att övervaka processer i det starka ljuset från natriumlampor [27] ;
• ljusviolett glas används i teleskopfilter för att minska natthimlens bländning i områden där natriumlampor främst används i gatlyktor , samt för att ändra färgen på astronomiska föremål för att förbättra sikten;
• används ibland för bilbackspeglar , eftersom den delvis absorberar solbländning och reflekterade bländande strålkastare, förbättrar kontrasten [4] [28] [29] ;
• kan användas för tillverkning av fönster- och bilglas för att ge dem ljusavskärmande egenskaper och förbättra färgåtergivningen [30] [31] ;
• glödlampor av vissa typer av glödlampor är gjorda av detta glas för att filtrera bort överflödiga gula strålar från spektrumet av deras glöd för att skapa ljus nära vitt dagsljus med en lätt rosa nyans; tidigare, för detta ändamål, var taklampor av själva lamporna gjorda av neofanglas . Sådana lampor används för vackrare och växtvänligare belysning av akvarier , terrarier och kommersiella lokaler. Ljuset från neodymlampor påverkar synen positivt hos personer med vissa ögonsjukdomar, såsom albinism , synnervatrofi , akromatopsi , närsynthet , glaukom , diabetisk retinopati , grå starr , kortikal anoxi , primär patologisk nystagmus , retinitis pigmentosa [ 32] [33] .

Forsknings- och produktionshistoria

Förmågan att selektivt absorbera ljus från vattenlösningar av neodymsalter märktes redan på 1800-talet under upptäckten av neodymelementet av Karl Auer von Welsbach [34] . 1922 publicerades studier av de optiska egenskaperna hos rent neodymglas fritt från praseodym [35] [36] .

År 1927 var den tjeckiska tillverkaren Leo Moser på hans företag Moser den första att starta kommersiell produktion av dekorativa föremål och serviser gjorda av ovanligt glas. Amerikanska tillverkare följde efter på 1930 -talet [2] .

I början av 1930-talet var det tyska företaget Auer först med att använda glasets optiska egenskaper för sina civila och sedan militära glasögon [22] . Under de följande åren tillverkades neodymsolglasögon av många välkända varumärken ( Cazal , Persol , Ray-Ban , Revo ), glasögonglas för glasblåsare tillverkas av Phillips och Schott AG . Ljusfilter för film och fotografi produceras av Marumi , Hoya , Kenko , Schneider , Phillips , Tiffen , för astronomiska observationer - Baader .

På 1960-talet började den upptäckta förmågan hos neodymglasögon och konstgjorda granater att generera laserstrålning användas för att skapa laserinstallationer. Bell Laboratories [37] var pionjärerna här , då, på grund av möjligheten att använda lasern i militära angelägenheter, termonukleär energi och många andra saker, andra vetenskapliga organisationer och företag, inklusive de i Sovjetunionen ( GOI , LITMO , och andra ) , gick med i laserexperiment .

Får

Sammansättningen av tillsatser till glassmältladdningen för framställning av neodymglas är olika beroende på dess syfte. Till exempel, för tillverkning av didymiumglas , används den så kallade "didim" ( didymium ) - en blandning av sällsynta jordartsmetaller, bestående av cirka 50% lantan , 33,5% neodym, 9,5% praseodym , 7,0% samarium och andra element [14] .

Grått glas smälts med tillsats av neodym- och praseodymoxider [27] .

Lila och ametistglas erhålls genom att tillsätta ren neodymoxid till blandningen i olika proportioner.

Visuella effekter

Alexandriteffekt

• Två laserstavar av samma färg

• Flerfärgade neodymglas under en glödlampa

• Samma glasögon under ett lysrör

• Glödlampa i neodymglas

Funktioner för ljustransmission

Ljuskällor utan neodymglasögon

Ljuskällor genom neodymglasögon

• Det finns en glödlampa i ljuskronan, resten är lysrör (grå linser)

• Belysning i tunnelbanan: från ljuset från natriumlampor återstod främst den röda komponenten, och kvicksilverlamporna under bågarna blev blåa och verkar ljusare (lila linser)

• En betydande minskning av ljusstyrkan hos gula lampor i natriumspektrumet jämfört med lampor i andra färger

Vy över föremål utan neodymglasögon

Samma föremål genom neodymglasögon utan polarisering

• Gröna ser giftigt gröna ut (grå linser)

• Röda, orange och rosa föremål ser ljusare ut mot bakgrunden av mörkare andra färger, blå färg är mer mättad (lila linser)

• Rosa, blekt lila, vinröd och gul-orange färger ser ljusröda ut på grund av absorptionen av gula och blå toner (bruna linser)

1930-tals neophane produktblad

Litteratur

1. ↑ Charles Bray. Ordbok över glas: material och tekniker  (engelska) . - University of Pennsylvania Press , 2001. - P. 102. - ISBN 0-8122-3619-X .
2. ↑ 1 2 Kameleontglas ändrar färg . Hämtad 6 juni 2009. Arkiverad från originalet 3 april 2008. (obestämd)
3. ↑ Günther Georgens Rätsel-Ergänzungs-Lexikon . Hämtad 30 januari 2015. Arkiverad från originalet 5 mars 2016. (obestämd)
4. ↑ 1 2 Backspegel för motorfordon. Patent US 5844721A . Hämtad 23 oktober 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
5. ↑ Goura, P. och E. Zrenner; "Color Vision: En recension från ett neurofysiologiskt perspektiv"; pågår i sensorisk fysiologi 1; Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1981
6. ↑ Populärt bibliotek av kemiska element. Neodym . Tillträdesdatum: 18 juni 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
7. ↑ Weyl, W.A., sid. Färgade glasögon. - M. - L. : Society of Glass tech., 1999. - S. 221-222. — 541 sid. — 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 sid.
9. ↑ Ljusabsorption av bruna neodymlinser . Hämtad 27 september 2015. Arkiverad från originalet 28 januari 2016. (obestämd)
10. ↑ Optisk filterkombination för att förbättra färgskillnaden. US3877797A . Tillträdesdatum: 16 december 2016. Arkiverad från originalet 23 oktober 2016. (obestämd)
11. ↑ Spedding F., Daan A. Sällsynta jordartsmetaller. - M . : Metallurgi, 1965. - S. 476. - 612 sid.
12. ↑ Sällsynta jordartsmetaller. lö. artiklar. - M . : Förlag för utländsk litteratur, 1957. - S. 397.
13. ↑ Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Legeringar av sällsynta jordartsmetaller / Ed. prof. doktor i kemi. Vetenskaper E. M. Savitsky. - M. : Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1962. - S. 214, 215. - 269 sid.
14. ↑ 1 2 Lukashev K. I. Sällsynta metaller och deras användning i industrin. - Minsk: Förlaget Acad. Sciences of the BSSR, 1956. - S. 143. - 180 sid.
15. ↑ Emissionsspektrum för lågtrycksnatriumlampa
16. ↑ Karlov N. V. Neodymiumlaser // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 320-321. — 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
17. ↑ Spedding F., Daan A. Sällsynta jordartsmetaller. - M . : Metallurgi, 1965. - S. 550. - 612 sid.
18. ↑ Flerbandskontrastförbättrande ljusfilter och polariserad solglasögonlins som innehåller samma US 8210678 B1 . Tillträdesdatum: 17 januari 2016. Arkiverad från originalet 29 januari 2016. (obestämd)
19. ↑ Polariserad kontrastförbättrande solglasögonlins. Patent US 7597441B1 . Tillträdesdatum: 17 januari 2016. Arkiverad från originalet 30 januari 2016. (obestämd)
20. ↑ Förbättrad färgkontrastlins US 7372640 B2 . Tillträdesdatum: 17 januari 2016. Arkiverad från originalet 31 januari 2016. (obestämd)
21. ↑ Färgförbättrande polariserad lins US 6145984 A . Tillträdesdatum: 17 januari 2016. Arkiverad från originalet 29 januari 2016. (obestämd)
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 sid.
23. ↑ Dannmeyer, F.; "Das Neophanglas als nautisches Hilfsmittel bei unklarer Sicht"; Die Glashutte; 1934; nummer 4; pp. 49-50
24. ↑ Stepanov I. S. "Sällsynta metaller" - material av den senaste tekniken. - M. : TSIIN, 1956. - S. 31. - 60 sid.
25. ↑ Didymiumglas för glasbearbetning . Hämtad 30 september 2017. Arkiverad från originalet 12 december 2017. (obestämd)
26. ↑ Andrea Sella - Glasblåsning och Didymium glasögon . Hämtad 30 september 2017. Arkiverad från originalet 11 augusti 2017. (obestämd)
27. ↑ 1 2 Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Legeringar av sällsynta jordartsmetaller / Ed. prof. doktor i kemi. Vetenskaper E. M. Savitsky. - M. : Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1962. - S. 214. - 269 sid.
28. ↑ Backspegel för motorfordon. USA-patent 5844721 . Hämtad 23 oktober 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
29. ↑ Tunnplåtsspegel och Nd2O3-dopat glas. US 6881489B2 . Hämtad 23 oktober 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
30. ↑ Reducerad bländning av neodymoxid innehållande fönsterglas. US 6416867 B1
31. ↑ Neodymoxiddopad vindruta för motorfordon och säkerhetsglasmaterial. US 6450652B1 . Hämtad 23 oktober 2015. Arkiverad från originalet 30 januari 2016. (obestämd)
32. ↑ Faye, Eleanor; "En ny ljuskälla"; New York Association for the Blind; New York, NY; odaterad; en sida
33. ↑ Cohen, Jay M. och Bruce P. Rosenthal; "En utvärdering av en glödande neodymljuskälla på närpunktsprestanda hos en befolkning med svagt ljus"; Journal of Visual Rehabilitation; Vol. 2, nr. fyra; 1988; pp. 15-21
34. ↑ Kurilov V.V. , Mendeleev D.I. Didimium, a chemical element // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St Petersburg. 1890-1907.
35. ↑ Weyl, Woldemar A.; Färgade glasögon; Dawsons från Pall Mall; London; 1959; S. 219
36. ↑ Weidert, F.; "Das Absorptionsspektrum von Didymglasern bei verschiendenartiger Zusammensetzung des Grundglases"; Tidskrift f. Wiss. Fotog.; 1921-22; Vol. 21; sid. 254-264
37. ↑ Geusic, JE; Marcos, HM; Van Uitert, LG Laseroscillationer i nd-dopad yttrium aluminium, yttrium gallium och gadolinium granater   // Applied Physics Letters  : journal. - 1964. - Vol. 4 , nr. 10 . — S. 182 . - doi : 10.1063/1.1753928 . - .

Länkar