Neodímium üveg

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. április 14-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

Neodímium üveg  - ásványi üveg , amely neodímium-oxidot tartalmaz, néha más ritkaföldfém elemek oxidjainak keverékét, és több neve is van: neodímium üveg, didímium üveg, kaméleonüveg, alexandrit üveg [1] , Moser üveg ("Alexandrit", "Heliolight", "Royal") [2] és sok más kereskedelmi név, amelyek közül kiemelkedik a "Neophane" vagy a "neophane glass" [3] . A Neophan (új jelenség) több német cég ( Auer , Siemens ) márkája az ebből az üvegből készült különféle termékekhez, melynek neve mára köznévvé vált, tulajdonképpen magának az üvegnek a neve.

Az angol nyelvű országokban az "ACE"  - Amethyst Contrast Enhancer  - " Amethyst Contrast Enhancer" rövidítést a lila neodímium üvegből készült szemüveglencsékre és fényszűrőkre használják . Ezt a rövidítést néha más színű üvegekre is használják, csak maga a szín van az elején írva, például zöld üveg - „Zöld ACE”. A didímiumüveg elnevezést, bár az elavult „ didim ” kifejezést használják, mind a lantanid-oxidok keverékével készült üvegre, mind a tiszta neodímium-oxiddal készült neodímiumüvegre vonatkozik, amelyet műszaki védőszemüvegekhez és fényképészeti szűrőkhöz használnak.

Tulajdonságok

Ez az üveg érdekes optikai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek a neodímium atom elektronhéjában bekövetkező ff átmenetekhez kapcsolódnak .

• Az a képesség, hogy a hullámhossztól függően szelektíven elnyeli a látható fényt: az ibolyaszínű üveg jelentősen elnyeli a spektrum sárga részét, valamint a nátriumsugárzás spektrális dublett D-vonalát 589 és 589,6 nm hullámhosszal és 580 hullámhosszú sugárzást. 590 nm szinte teljesen elnyeli ; abszorpciós sávokkal rendelkezik az optikai sugárzás más részein (430, 480, 520, 730 nm, stb., lásd a jobb oldali grafikont), de szinte teljesen áthalad a piros szakaszon és az emberi szem számára leginkább látható zöld részeken és a spektrum kék részei:

 - a vörös tárgyak az üvegen keresztül világosabbnak, szinte ragyogónak tűnnek;  - a narancssárga és a rózsaszín láthatóan elpirul és világosabbnak is tűnik, a sápadt arcúak bőre rózsaszínűvé válik;  - a sárga-zöld tárgyak zöldre váltanak és tisztábban láthatók;  - a zöld és kék tárgyak, a kék ég és a víz felszíne telítettebbnek tűnik, mintha tisztább színűek;  - a sárga tárgyak elvesztik fényességüket, és a tiszta nátrium-sugárzás szennyeződések nélkül gyakorlatilag eltűnik; de a legtöbb esetben a sárga anyagú tárgyak láthatóak maradnak, mert széles spektrumban ragyognak, és gyakran a vörös és zöld sugarak keverékét sárgának érzékelik [4] . Például egy nátriumlámpa fénye, amelyet RGB technológiával fényképeztek és reprodukálnak a monitoron , nem fakul el a neodímium üvegen keresztül, és szinte nem változtatja meg a színét;  - Általánosságban elmondható, hogy a spektrum sárga részének elvesztése miatt a vörös és a zöld színféltónusok között tisztességes különbségtétel lép fel, aminek köszönhetően az ilyen üvegen átmenő kép kontrasztosabb megjelenésű [5] .

• Az alexandrit effektus vagy kétszínű hatás  a legalább 4,3% neodímium-oxid tartalmú üveg azon képessége, hogy a megvilágítás típusától függően színváltoztatást végez [6] a sárga szín fenti elnyelése és a spektrum szétválása miatt. két rész: kék-zöld és piros. Ha az üveget megvilágító forrás a spektrum kék részében ad le többet energiát, akkor az üveg, miután elnyelte szinte az összes sárga sugarat, kék színűvé válik. Ha a forrás jobban világít a piros részen, akkor a látható fény egyensúlyi helyzetéből a másik spektrális oldalra tolódik, és az üveg vörös fényt bocsát ki [7] . Így változik az ametiszt neodímium üveg színe izzólámpa fényében liláról, napfénynél ibolyáról fluoreszkáló világításnál kékre , szürkéről zöldre a neodímium-praseodímium szürke üveg, a tea vörösesbarnáról zöldessárgára. A tiszta nátrium fény hatására a neodímium üveg sötét, majdnem fekete lesz. A különböző típusú lámpák fényében tapasztalható éles különbség üvegen keresztül nézve közvetlenül kapcsolódik ehhez a tulajdonsághoz (lásd a lenti képeket a vizuális effektusok részben).
• A lézeres pumpálás képessége .
• Az ultraibolya sugárzás jó elnyelése : a 335 nm-es hullámhosszig az üveg további adalékok nélkül teljesen elnyeli [8] .

A más színű szemüvegeknek saját fényáteresztési jellemzői vannak. A barna üveg a sárga mellett szinte teljesen elnyeli a kék színt [9] , és ezáltal tovább élesíti a vörös árnyalatok kontrasztját és láthatóságát, a narancssárga, barna és lila színeket pedig vörössé, élénk bordóvá és skarlátvá varázsolja. A szürke üveg kiemeli a zöldet, némileg a kék rovására, így kékes-zöldebbé válik.

Az elnyelt terület szélessége a spektrum sárga részén 580 nm tartományban a neodímiumtartalomtól és az üveg vastagságától függ. Például egy közönséges, 1,5 mm vastag didímium üveg egy átlagosan 15 nm szélességű területet vág le, a 4 mm vastagságú üveg 35 nm-t, a 6 mm-es pedig 55 nm-t hagy le. [tíz]

El kell mondanunk, hogy az üvegekben és folyékony oldatokban szinte minden ritkaföldfém elem szelektív fényelnyelést mutat, és a tiszta prazeodímium üvegek is dikroizmust mutatnak (a kék sugarak jelentős elnyelése miatt színtelenről zöldre változik) [11] [12] [13] [14] , de csak a neodímiumban helyezkednek el úgy az abszorpciós sávok, hogy fokozzák a kontrasztot, és a legmélyebb abszorpció ideális esetben egybeesik a gerjesztett nátriumatomok emissziós spektrumával [15] , ami a neodímium üveget több konkrét alkalmazások.

Alkalmazás

Optikai tulajdonságainak köszönhetően a neodímium üveg különféle alkalmazásokat talál.

Lézersugárzás generálásának képessége:

• a neodímiumot tartalmazó üveget és mesterséges gránátot aktív közegként használják olyan lézerekben, amelyek a spektrum közeli infravörös tartományában körülbelül 1,06  μm hullámhosszú sugárzást generálnak [16] (lásd például az Nd: YAG laser cikket ).

Az üveg színe és kéttónusa:

• tiszta neodímium-oxid hozzáadása az üvegolvasztó töltethez azon kevés módok egyike, amellyel az ásványi üveg élénk lila színűvé válik;
• a lantanid-oxidok hozzáadása ("fekete" neodímium, kb. 65% neodímium a keverékben) megszünteti az üvegek zöldes árnyalatát, amelyet a vasvegyületek szennyeződései okoznak [17] ;
• az ibolya és a bíbor üveget dekoratív étkészletek, csillárok és művészeti termékek gyártására használják, amelyek különböző megvilágítás hatására változtatják a színüket;
• ékszerekben a diaszpóra egyik ékszerváltozata  , a szultánit utánzataként használják .

Kontrasztjavítás és a vörös, zöld és kék színek fényerejének és tisztaságának látszólagos növekedése:

• átlátszó ibolya, szürkés-zöld és barna üveg 65-20%-os fényáteresztő képességgel, valamint ezenkívül sötétített, polarizált, tükrözött és belülről polikarbonát réteggel megerősített [18] [19] [20] [21] üveg kiegészítő napszemüvegek gyártásához használják , mivel színes és kontrasztos láthatóságot, szokatlan fényhatásokat és a fényviszonyoktól függően megváltoztatja a színt;
• a neodímium szemüveggel ellátott szemüvegek hasznosak azok számára, akik csökkentik a vörös és zöld színek érzékelését ( deuteroanomalia , protanomalia ) [22] ;
• A lila, szürke és barna neodímium üveget az 1930-as évektől az 1990-es évekig használták sport- és vezetési napszemüvegekben, mivel javítják a színkontrasztot, csökkentik a tükröződést, és jobb láthatóságot tesznek lehetővé a festett sportruházat és -felszerelések , figyelmeztető lámpák, valamint a színes útjelző táblák és jelölések között. . Ma már nem használják erre a célra, mivel a jelenlegi biztonsági előírások szerint az ilyen szemüvegeket csak ütésálló műanyag lencsékkel szabad gyártani. Ráadásul ma a jelző- és közlekedési lámpák világosabbak, mint a 20. században használtak;
• 2 mm vastag világoslila üveget és 52,3%-os fényáteresztést [22] használtak a Luftwaffe német pilótáinak és navigátorainak Auer Neophan szemüvegében a második világháború alatt : lehetővé tették a repülőgépek és a felhők jobb látását az égen, növelték a kontrasztot a földfelszínen és általában javított láthatóságon a háttérfény sárga színének fényerejének csökkentésével a talajban lévő por és köd miatt;
• neofán szemüveges szemüveget is ajánlottak a navigációhoz, hogy javítsák a látást rossz időben, ködben, valamint napnyugta és napkelte idején [23] ;
• Az intenzív vörös (rubin) neodímium üveget búvárszemüvegben használták, hogy gyorsan alkalmazkodjanak a kinti erős nappali fényhez a tengeralattjáróban lévő gyenge világításhoz, vagy éppen ellenkezőleg, hogy gyorsan hozzászokjanak az éjszakai sötétséghez. Bár ehhez elég a közönséges üveg vagy piros műanyag;
• a fényképészeti szűrők ametisztből és zöld neodímium üvegből készülnek , amelyeket ametisztnek terveztek a vörös, narancssárga és barna színek átvitelére, a zöldet pedig a zöld szín növelésére (például zöldek fényképezéséhez);
• élénkvörös neodímium üveget használnak a navigációs műszerek kijelzőiben .

A sárga sugárzás elnyelése:

• lila, ibolya és szürkés-zöld üveg neodímium és prazeodímium keverékével (ACE és Green ACE üveg) üvegfúvók , lámpamunkások és hegesztők számára készült didímium védőüvegek (didímium üvegek) lencséiben használatos [24] : szűk spektrumú abszorbeálása a nátriumatomok emissziós sugárzása üvegégőkkel végzett munka során. Az ilyen üvegeken keresztül fellépő erős láng szinte eltűnik, nem irritálja a szemet, és nem zavarja a felhevült üveg látását [25] [26] . Néha ezeket a lencséket tükörréteggel vonják be, amely visszaveri a szemre káros hősugarakat ;
• A neodímiummal adalékolt ólomüveget röntgenberendezésekben használják a folyamatok monitorozására a nátriumlámpák erős fényében [27] ;
• a világoslila üveget teleszkópszűrőkben használják az éjszakai égbolt tükröződésének csökkentésére olyan területeken, ahol túlnyomórészt nátriumlámpákat használnak utcai lámpákban , valamint a csillagászati ​​objektumok színének megváltoztatására a láthatóság javítása érdekében;
• néha autók visszapillantó tükreihez használják , mivel részben elnyeli a napfényt és a visszavert vakító fényszórókat, javítja a kontrasztot [4] [28] [29] ;
• felhasználhatók ablak- és autóüvegek gyártására, fényárnyékoló tulajdonságok biztosítása és a színvisszaadás javítása érdekében [30] [31] ;
• egyes izzólámpák izzói ebből az üvegből készülnek, hogy kiszűrjék a felesleges sárga sugarakat az izzás spektrumából, hogy a fehér nappali fényhez közeli, enyhén rózsaszín árnyalatú fényt hozzanak létre; korábban erre a célra maguk a lámpák mennyezeti lámpái neofán üvegből készültek . Az ilyen lámpákat akváriumok , terráriumok és kereskedelmi helyiségek szebb és növénybarátabb megvilágítására használják . A neodímium lámpák fénye kedvezően befolyásolja bizonyos szembetegségekben szenvedők látását, mint pl. albinizmus , látóideg-sorvadás , achromatopsia , myopia , glaukóma , diabéteszes retinopátia , szürkehályog , kortikális anoxia , primer kóros nystagmus , retinitis pigmentosa [3]. [33] .

Kutatás és termelés története

A neodímium sók vizes oldataiból származó fény szelektív elnyelésének képességét már a 19. században észlelték, amikor Karl Auer von Welsbach felfedezte a neodímium elemet [34] . 1922-ben tanulmányokat publikáltak a tiszta, prazeodímiumtól mentes neodímium üveg optikai tulajdonságairól [35] [36] .

1927-ben a cseh Leo Moser gyártó Moser cégénél elsőként kezdte meg a szokatlan üvegből készült dísztárgyak és étkészletek kereskedelmi gyártását. Az amerikai gyártók követték a példát a harmincas években [2] .

Az 1930-as évek elején a német Auer cég volt az első, amely az üveg optikai tulajdonságait használta polgári, majd katonai üvegeihez [22] . A következő években a neodímium napszemüvegeket számos jól ismert márka ( Cazal , Persol , Ray-Ban , Revo ), üvegfúvó szemüveglencséket a Phillips és a Schott AG gyártott . A filmhez és fényképezéshez használt fényszűrőket a Marumi , Hoya , Kenko , Schneider , Phillips , Tiffen gyártja csillagászati ​​megfigyelésekhez – Baader .

Az 1960-as években a neodímium üvegek és a mesterséges gránátok felfedezett képességét lézersugárzás létrehozására kezdték használni lézeres installációk létrehozására. A Bell Laboratories [37] volt itt az úttörő , majd a lézer katonai, termonukleáris energia és sok más dologban való felhasználásának lehetősége miatt más tudományos szervezetek és vállalkozások, köztük a Szovjetunióban működők ( GOI , LITMO és mások ) ) , csatlakozott a lézeres kísérletekhez .

Getting

A neodímium üveg előállításához használt üvegolvasztó töltet adalékanyagainak összetétele a céltól függően eltérő. Például a didímium üveg előállításához az úgynevezett "didim" ( didimium ) használatos - ritkaföldfém elemek keveréke, amely körülbelül 50% lantánból , 33,5% neodímiumból, 9,5% prazeodímiumból , 7,0% szamáriumból és más anyagokból áll. elemek [14 ] .

A szürke üveget neodímium és prazeodímium-oxidok hozzáadásával olvasztják [27] .

A lila és ametiszt üveget úgy nyerik, hogy tiszta neodímium-oxidot adnak a keverékhez különböző arányban.

Vizuális effektusok

Alexandrit hatás

• Két azonos színű lézerrúd

• Többszínű neodímium szemüveg izzólámpa alatt

• Ugyanaz a szemüveg fénycső alatt

• Neodímium üveg izzólámpa

A fényáteresztés jellemzői

Fényforrás neodímium szemüveg nélkül

Fényforrások neodímium üvegen keresztül

• Egy izzólámpa van a csillárban, a többi fluoreszkáló (szürke lencsék)

• Világítás a metróban: a nátriumlámpák fényétől főleg a vörös komponens maradt meg, a boltívek alatti higanylámpák pedig kékre váltak és világosabbnak tűnnek (lila lencsék)

• A nátriumspektrum sárga lámpáinak fényerejének jelentős csökkenése más színű lámpákhoz képest

Tárgyak nézete neodímium szemüveg nélkül

Ugyanazok a tárgyak neodímium üvegen keresztül polarizáció nélkül

• A zöldek mérgező zöldek (szürke lencsék)

• A vörös, narancssárga és rózsaszín tárgyak világosabbnak tűnnek a sötétített egyéb színek hátterében, a kék szín telítettebb (lila lencsék)

• A rózsaszín, halványlila, bordó és sárga-narancssárga színek élénkvörösnek tűnnek a sárga és kék tónusok felszívódása miatt (barna lencsék)

1930-as évek neofán termék szórólapjai

Irodalom

1. ↑ Charles Bray. Üvegszótár: anyagok és technikák  (angol) . - University of Pennsylvania Press , 2001. - P. 102. - ISBN 0-8122-3619-X .
2. ↑ 1 2 A kaméleonüveg színt vált . Letöltve: 2009. június 6. Az eredetiből archiválva : 2008. április 3.. (határozatlan)
3. ↑ Günther Georgens Rätsel-Ergänzungs-Lexikon . Letöltve: 2015. január 30. Az eredetiből archiválva : 2016. március 5.. (határozatlan)
4. ↑ 1 2 Gépjármű-visszapillantó tükör. US 5844721A számú szabadalom . Letöltve: 2015. október 23. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4.. (határozatlan)
5. ↑ Gouras, P. és E. Zrenner; "Színlátás: Áttekintés neurofiziológiai szempontból"; In Progress in Sensor Physiology 1; Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1981
6. ↑ Kémiai elemek népszerű könyvtára. Neodímium . Hozzáférés dátuma: 2015. június 18. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4. (határozatlan)
7. ↑ Weyl, W.A., p. Színes szemüveg. - 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. ↑ Fényelnyelés barna neodímium lencsékkel . Letöltve: 2015. szeptember 27. Az eredetiből archiválva : 2016. január 28.. (határozatlan)
10. ↑ Optikai szűrőkombináció a színek megkülönböztetésének javítására. US3877797A . Hozzáférés dátuma: 2016. december 16. Az eredetiből archiválva : 2016. október 23. (határozatlan)
11. ↑ Spedding F., Daan A. Ritkaföldfémek. - M . : Kohászat, 1965. - S. 476. - 612 p.
12. ↑ Ritkaföldfémek. Ült. cikkeket. - M . : Külföldi Irodalmi Kiadó, 1957. - S. 397.
13. ↑ Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Ritkaföldfémek ötvözete / Szerk. prof. kémia doktora. Tudományok E. M. Savitsky. - M. : A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1962. - S. 214, 215. - 269 p.
14. ↑ 1 2 Lukasev K. I. Ritka fémek és felhasználásuk az iparban. - Minszk: Kiadó Acad. Tudományok a BSSR, 1956. - S. 143. - 180 p.
15. ↑ Alacsony nyomású nátriumlámpa emissziós spektruma
16. ↑ Karlov N. V. Neodímium lézer // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Nagy Orosz Enciklopédia , 1992. - T. 3. - S. 320-321. — 672 p. - 48.000 példány.  — ISBN 5-85270-019-3 .
17. ↑ Spedding F., Daan A. Ritkaföldfémek. - M . : Kohászat, 1965. - S. 550. - 612 p.
18. ↑ Többsávos kontrasztjavító fényszűrő és polarizált napszemüveglencse, amely ugyanazt az US 8210678 B1-et tartalmazza . Hozzáférés időpontja: 2016. január 17. Az eredetiből archiválva : 2016. január 29. (határozatlan)
19. ↑ Polarizált kontrasztnövelő napszemüveglencse. US 7597441B1 számú szabadalom . Hozzáférés időpontja: 2016. január 17. Az eredetiből archiválva : 2016. január 30. (határozatlan)
20. ↑ Fokozott színkontraszt lencse US 7372640 B2 . Hozzáférés dátuma: 2016. január 17. Az eredetiből archiválva : 2016. január 31. (határozatlan)
21. ↑ Színjavító polarizált lencse US 6145984 A . Hozzáférés időpontja: 2016. január 17. Az eredetiből archiválva : 2016. január 29. (határozatlan)
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; 4. szám; pp. 49-50
24. ↑ Stepanov I. S. "Ritka fémek" - a legújabb technológiájú anyagok. - M. : TSIIN, 1956. - S. 31. - 60 p.
25. ↑ Didímium üvegek üvegmegmunkáláshoz . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2017. december 12. (határozatlan)
26. ↑ Andrea Sella - Üvegfúvó és Didymium szemüvegek . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2017. augusztus 11.. (határozatlan)
27. ↑ 1 2 Savitsky E. M., Terekhova V. F., Burov I. V., Markova I. A., Naumkin O. P. Ritkaföldfémek ötvözete / Szerk. prof. kémia doktora. Tudományok E. M. Savitsky. - M. : Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1962. - S. 214. - 269 p.
28. ↑ Gépjármű-visszapillantó tükör. 5844721 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom . Letöltve: 2015. október 23. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4.. (határozatlan)
29. ↑ Vékonylemez tükör és Nd2O3 adalékolt üveg. US 6881489B2 . Letöltve: 2015. október 23. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4.. (határozatlan)
30. ↑ Csökkentett tükröződésű neodímium-oxid tartalmú ablaküveg. US 6416867 B1
31. ↑ Neodímium-oxiddal adalékolt gépjármű szélvédő és biztonsági üvegezési anyag. US 6450652B1 . Letöltve: 2015. október 23. Az eredetiből archiválva : 2016. január 30. (határozatlan)
32. ↑ Faye, Eleanor; "Új fényforrás"; A New York-i Vakok Szövetsége; New York, NY; keltezetlen; egy oldal
33. ↑ Cohen, Jay M. és Bruce P. Rosenthal; "Az izzó neodímium fényforrás értékelése gyengén látó populáció közeli pont szerinti teljesítményén"; Journal of Visual Rehabilitation; Vol. 2, sz. négy; 1988; pp. 15-21
34. ↑ Kurilov V.V. , Mendelejev D.I. Didimium, a kémiai elem // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
35. ↑ Weyl, Woldemar A.; Színes szemüvegek; Dawson's of Pall Mall; London; 1959; S. 219
36. ↑ Weidert, F.; "Das Absorptionsspektrum von Didymglasern bei verschiendenartiger Zusammensetzung des Grundglases"; Zeithschrift f. Wiss. Photog.; 1921-22; Vol. 21; 254-264
37. ↑ Geusic, JE; Marcos, HM; Van Uitert, LG Lézeroszcillációk nd-adalékolt ittrium-alumínium-, ittrium-gallium- és gadolínium-gránátokban   // Applied Physics Letters  : Journal. - 1964. - 1. évf. 4 , sz. 10 . - 182. o . - doi : 10.1063/1.1753928 . - .

Linkek