Πώς λειτουργούν τα φωτοχρωμικά (φωτοχρωματικά) γυαλιά;
Τα φωτοχρωμικά γυαλιά λειτουργούν περιέχοντας εξειδικευμένους οπτικούς φακούς που ονομάζονται φωτοχρωμικοί φακοί. Αυτοί οι φακοί σκουραίνουν αυτόματα παρουσία ορισμένων τύπων φωτός, συνήθως υπεριώδους φωτός, και γίνονται ξανά διαυγείς απουσία αυτού του φωτός. Τα φωτοχρωμικά γυαλιά μπορεί να είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά, όπως γυαλί, πλαστικό ή πολυανθρακικό.
Θυμάμαι όταν ήμουν στο σχολείο, ήταν ένας συμμαθητής μου που φορούσε γυαλιά. Ωστόσο, αυτά δεν ήταν τα διορθωτικά γυαλιά σας. ήταν κάτι πολύ πιο ασυνήθιστο. Αυτομάτως σκοτεινιάστηκαν όταν έπαιζε έξω, αλλά ξεκαθάρισαν όταν ήμασταν στο εσωτερικό.
Ρώτησα τον τύπο για τα «μαγικά γυαλιά» του και με περηφάνια ανακοίνωσε ότι ήταν φωτοχρωματικά γυαλιά.
Photo Credit :Pexels
Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε για αυτούς τους τύπους γυαλιών και την επιστήμη πίσω από αυτά.
Πώς λειτουργούν τα φωτοχρωμικά/φωτοχρωμικά γυαλιά;
Σύντομη απάντηση: Τα σύγχρονα φωτοχρωμικά γυαλιά, συνήθως κατασκευασμένα από πλαστικό, περιέχουν μόρια με βάση τον άνθρακα που αλλάζουν τη μοριακή τους δομή όταν το υπεριώδες φως τα χτυπά (και έτσι απορροφούν περισσότερο φως) και γίνονται σκοτεινά. Ομοίως, απουσία υπεριώδους φωτός, τα μόρια αντιστρέφουν το αρχικό τους σχήμα, καθιστώντας το γυαλί διαυγές για άλλη μια φορά.
Τι είναι τα φωτοχρωμικά γυαλιά;
Τα φωτοχρωμικά γυαλιά αποτελούνται από εξειδικευμένους οπτικούς φακούς που ονομάζονται φωτοχρωμικοί φακοί που σκουραίνουν αυτόματα παρουσία ορισμένων τύπων φωτός (συνήθως υπεριώδους φωτός) επαρκούς έντασης και γίνονται ξανά «διαυγείς» απουσία του συγκεκριμένου φωτός.
Photo Credit :Pexels
Αναφέρονται επίσης ως φωτοχρωμικοί φακοί, χρησιμοποιούνται κυρίως σε γυαλιά ηλίου και παράθυρα που σκουραίνουν μέσα σε ένα ή δύο λεπτά όταν ο ήλιος λάμπει πολύ έντονα και γίνονται καθαροί σε λίγα λεπτά σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού περιβάλλοντος. Τα φωτοχρωμικά γυαλιά μπορεί να είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά, όπως γυαλί, πλαστικό ή πολυανθρακικό.
Οι φωτοχρωμικοί φακοί εφευρέθηκαν από τους William H. Armistead και Stanley Donald Stookey της Corning Glass Works στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Ο σχεδιασμός αυτών των προκαταρκτικών γυαλιών, ωστόσο, ήταν αρκετά διαφορετικός από αυτούς που βλέπουμε συνήθως αυτές τις μέρες.
Πώς λειτουργούν τα (κανονικά) γυαλιά ηλίου;
Τα κανονικά γυαλιά ηλίου (αυτά που δεν είναι φωτοχρωμικά) έχουν μια βασική αρχή λειτουργίας:εμποδίζουν το φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Αυτό γίνεται με έναν από τους δύο τρόπους:ο πρώτος τύπος γυαλιών ηλίου χρησιμοποιεί χρωματιστά φίλτρα. Αυτό που κάνουν αυτά τα φίλτρα είναι να αφήνουν μόνο ένα συγκεκριμένο χρώμα του εισερχόμενου φωτός να περάσει μέσα από αυτά.
Τα φιμέ γυαλιά επιτρέπουν μόνο σε φως συγκεκριμένου χρώματος να περνά μέσα από αυτά.
Ο δεύτερος τύπος γυαλιών βασίζεται σε ένα οπτικό φαινόμενο που ονομάζεται πόλωση. Τέτοια γυαλιά αφήνουν μόνο τα κύματα φωτός να περάσουν μέσα από αυτά που δονούνται προς μια δεδομένη κατεύθυνση.
Πώς λειτουργούν τα φωτοχρωμικά γυαλιά;
Τα πρώιμα φωτοχρωμικά γυαλιά ήταν συνήθως κατασκευασμένα από γυαλί και περιείχαν μικρούς κρυστάλλους αλογονιδίων αργύρου (π.χ. χλωριούχο άργυρο) που σκουραίνουν όταν εκτίθονταν στο φως, ακριβώς όπως παλιά φωτογραφικά φιλμ.
Τα παλιά φωτογραφικά φιλμ σκουραίνουν όταν εκτέθηκαν στο φως για κάποιο χρονικό διάστημα. (Πηγή εικόνας:Wikipedia)
Ωστόσο, σε αντίθεση με αυτά τα φιλμ, η σκουρότητα των φωτοχρωμικών φακών ήταν αναστρέψιμη, δηλαδή, οι φακοί έγιναν ξανά διαυγείς μόλις χαμηλώσει το φως του περιβάλλοντος. Οι κρύσταλλοι που χρησιμοποιήθηκαν στο γυαλί τέτοιων φακών ήταν μικροσκοπικοί, τόσο σε αριθμό όσο και σε μέγεθος. Λιγότερο από το 0,1% των κρυστάλλων αλογονιδίου του αργύρου, που ήταν 100 φορές λεπτότεροι από μια ανθρώπινη τρίχα, χρησιμοποιήθηκαν σε πρώιμα φωτοχρωμικά γυαλιά.
Τα σύγχρονα φωτοχρωμικά γυαλιά, ωστόσο, είναι συνήθως κατασκευασμένα από πλαστικό και όχι από γυαλί, και περιέχουν μόρια με βάση τον άνθρακα (οργανικά) αντί για ενώσεις αργύρου. Τέτοιες ενώσεις είναι καλύτερες, πιο αποτελεσματικές εναλλακτικές λύσεις για την επίτευξη του γρήγορου σκουρόχρωμου και γρήγορου καθαρισμού, καθώς η μοριακή τους δομή ποικίλλει ανάλογα με την παρουσία/απουσία ενός συγκεκριμένου τύπου φωτός (συνήθως υπεριώδες φως, καθώς είναι συστατικό του ηλιακού φωτός) .
Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα φωτοχρωμικά μόρια είναι τα ναφθοπυράνια και τα οξάνια, λόγω της ικανότητάς τους να αλλάζουν τη μοριακή τους δομή αναστρέψιμα κατά την έκθεση στο υπεριώδες φως. Παρακάτω είναι ένα γενικό παράδειγμα μιας τέτοιας αντίδρασης:
Παρατηρήστε πώς το μόριο στα αριστερά αναδιατάσσεται όταν εκτίθεται στο υπεριώδες φως. (Photo Credit :American Chemical Society Publication)
Μειονεκτήματα των φωτοχρωμικών γυαλιών
Ένα από τα πιο συχνά αναφερόμενα μειονεκτήματα των φωτοχρωμικών γυαλιών είναι ότι χρειάζονται λίγο περισσότερο χρόνο για να καθαρίσουν παρά να σκουρύνουν. Για παράδειγμα, εάν ένα άτομο περπατήσει σε εσωτερικό χώρο αφού βρεθεί για λίγο στον ήλιο, τα γυαλιά θα επιτρέψουν μόνο το 60% περίπου του φωτός να περάσει μέσα από αυτά για τα πρώτα 5 λεπτά. Επιπλέον, μπορεί να χρειαστούν έως και μία ώρα για να καθαριστούν πλήρως και να γίνουν ξανά πλήρως διαφανείς!
Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι εφόσον οι φωτοχρωμικές ενώσεις βασίζονται στην παρουσία θερμότητας και φωτός για να υποστούν αλλαγές, τέτοια γυαλιά είναι πιο αποτελεσματικά το χειμώνα και λιγότερο το καλοκαίρι (όταν τα χρειάζεστε περισσότερο!).
Οι άνθρωποι αναφέρουν επίσης ότι τα φωτοχρωμικά γυαλιά είναι λιγότερο αποτελεσματικά μέσα σε αυτοκίνητα και άλλα αυτοκίνητα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα γυάλινα παράθυρα αυτών των οχημάτων μπλοκάρουν τις ακτίνες UV σε μεγάλο βαθμό, έτσι τα φωτοχρωμικά μόρια που υπάρχουν στα γυαλιά σας δεν λαμβάνουν αρκετές ακτίνες UV για να υποστούν αλλαγές και να είναι αποτελεσματικά.
Παρά αυτά τα λίγα μειονεκτήματα, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι φωτοχρωμικοί φακοί αντιπροσωπεύουν ένα εξαιρετικό κομμάτι οπτικής μηχανικής και είναι πολύ βολικοί για άτομα που δεν θέλουν να αλλάζουν γυαλιά κάθε φορά που βγαίνουν έξω!
