Светочувствительное стекло - Photosensitive glass

Светочувствительная стеклянная ваза

Светочувствительное стекло, также известное как фотоструктурируемое стекло (PSG), или фотообработанное стекло, является кристально чистым стекло принадлежит к семейству литий-силикатных стекол, в которых изображение маски[требуется разъяснение ] может улавливаться микроскопическими металлическими частицами в стекле, когда оно подвергается воздействию коротковолнового излучения, такого как ультрафиолетовый свет.[1] Фоточувствительное стекло было впервые открыто С. Дональд Стуки в 1937 г.[2][3][4]

История

Светочувствительное стекло было изобретено в ноябре 1937 г. Доктор Дональд Стуки из Corning Glass Works.[2][3] Об этом было объявлено публично десять лет спустя, 1 июня 1947 года.[2][3] Он был запатентован в 1950 г. компанией Stookey как патент США. № 2515937 и патенте США. №№ 2,515,943 с золотыми микроскопическими частицами[2] и продается под торговой маркой PhotoCor (R).

Процесс экспонирования

Когда на стекло воздействуют УФ-светом в диапазоне длин волн 280–320 нм, скрытое изображение сформирован. Стекло на этом этапе остается прозрачным, но его поглощение в ультрафиолетовом диапазоне спектра увеличивается. Это повышенное поглощение можно обнаружить только с помощью УФ-спектроскопии пропускания.[5]Предполагается, что причиной этого является окислительно-восстановительная реакция Это происходит внутри стекла во время воздействия, при котором ионы церия окисляются до более стабильного состояния, а ионы серебра восстанавливаются до серебра.[5]

Постэкспозиционная термообработка

При нагревании стекла до температур в диапазоне 550–560 ° C.[6] в течение нескольких часов скрытое изображение преобразуется в видимое изображение посредством фотовозбуждения.[2][4] Экспозиция через фотонегативы позволяет создавать трехмерные цветные изображения и фотографии.[2][4] Эта термообработка выполняется в два этапа: сначала температура повышается примерно до 500 ° C, чтобы обеспечить завершение реакции окисления-восстановления и образование нанокластеров серебра. На следующем этапе, при повышении температуры до 550–560 ° C, новый материал (метасиликат лития) с формулой (Li2SiO3) на нанокластерах серебра, этот материал образуется в кристаллической фазе.[6]

ВЧ химическое травление

Метасиликат лития, образующийся на открытых участках стекла, обладает уникальным свойством сильно протравливаться в плавиковая кислота (HF). Таким образом, позволяя получить трехмерное изображение маски, полученные стеклянные микроструктуры имеют шероховатость поверхности в диапазоне 5 мкм.[1] до 0,7 мкм.[6]

Рентгеночувствительные очки

Как указано выше, излучение вызывает некоторые прямые и косвенные измеримые изменения в очках. В некоторых случаях эффект наблюдается сразу после облучения. В других случаях требуется термическая обработка, чтобы вызвать наблюдаемые изменения. В целом, результатом упомянутых реакций будут атомарное серебро и / или кластеры серебра, которые действуют как зародыши для осаждения метасиликата лития во время последующей термообработки облученного стекла и. Подобно другим стеклокерамическим системам, тем более центры зародышеобразования приводят к большему снижению температуры кристаллизации и более мелкому размеру кристаллов. Следовательно, для достижения вышеупомянутого условия до сих пор для различных светочувствительных стекол использовалось различное энергетическое излучение, такое как УФ и лазерный луч, а также x γ, протон и излучения.Imanieh и другие.[7] исследовали влияние рентгеновского облучения на соляризацию светочувствительных стекол на основе силиката лития, содержащих элементы церия, сурьмы, олова и серебра. Они показали, что есть возможность использовать рентгеновские лучи в светочувствительных очках. Это откроет новые возможности для нанообработки стекла в ближайшем будущем.

Приложения

Светочувствительное стекло
Светочувствительное стекло Spinfex

Светочувствительное стекло используется в процессах печати и тиражирования.[8] Фоточувствительное стекло похоже на традиционную пленку для камеры, за исключением того, что оно реагирует на ультрафиолетовый (УФ) свет, а пленка камеры - на видимый свет.[4][9] Идеальная длина волны для экспонирования должна составлять от 300 до 350 нм, при этом оптимальной является 320 нм.[8]

Фоточувствительное стекло содержит микроскопические металлические частицы.[9] Эти микроскопические наночастицы металлических ионов сделаны из золота или серебра, которое отвечает за изменение показателя преломления.[9] Фоточувствительное стекло похоже на фотопленку. Фотопленка использует химические вещества, в то время как светочувствительное стекло использует ионы золота или серебра в материале, который реагирует на действие света.[8] Процесс заключается в пропускании света ультрафиолетовой длины волны через негатив на стекле.[9] Фотографическое разрешение может быть получено с помощью липкого полиэстера в качестве обратного негатива, однако все, что сопротивляется УФ-излучению, может действовать как «негатив».[8]

Стекло чувствительно к свету, который, проходя через маску, может в конечном итоге превратить его в постоянное изображение с тепловым процессом, «фиксирующим» изображение навсегда.[4][8][9] «Скрытые изображения» из серебряного стекла проявятся через 3–4 часа при температуре 886–976 ° F.[8]«Скрытые изображения» из золотого стекла требуют более высокой температуры (968–1058 ° F) и в течение аналогичного периода времени для последующей выпечки.[8] Последующее обжигание ускоряет появление частиц с теневыми областями негатива, позволяя проникнуть в стекло глубже, чем выделенные области.[8][9] Это придает изображению трехмерность и цвет.[8][9]

Фотография проявляется путем нагревания светочувствительного стекла до температуры около 1000 ° F в течение нескольких часов после экспонирования.[9] Само стекло светочувствительно и дает трехмерное изображение.[2] В стекле находятся частицы, невидимые невооруженным глазом (например, золото или серебро). Эти микроскопические частицы движутся и растут при нагревании, образуя собственно фотографическое изображение.[2] Процесс аналогичен пленке для камеры, однако поверх светочувствительного стекла помещается «негатив», который затем подвергается воздействию «ультрафиолетового» света. Пленка камеры, конечно, будет освещена обычным видимым светом. Затем есть специальный процесс для экспонированного светочувствительного стекла. Затем стакан повторно нагревается в печь и запекался в течение нескольких часов. Затем изображение «появляется» внутри специального экспонированного стекла, как по волшебству. Затем нагретому куску светочувствительного стекла дают остыть, и процесс завершается. Позитивные изображения, создаваемые внутри светочувствительного стекла, бывают разных цветов.

В качестве материала для художников из студии горячего стекла дополнительный метод создания изображений объекта с использованием светочувствительного стекла заключается в том, чтобы сначала выдуть чрезвычайно тонкий рондель (в кожухе или иным образом), который отжигается обычным способом. Затем этот рондель разрезают на части, которые подвергаются негативу. Затем эти участки (содержащие скрытое изображение) нагревают и наносят на поверхность скопления горячего стекла на паяльной трубке. Поскольку объект готовится за несколько повторных нагревов печи, тепло развивает изображение по мере создания объекта. Этот метод, в частности, исключает необходимость повторного нагрева объекта в печи для проявки, что требует значительного времени в печи, энергии и риска потери или повреждения из-за разрушения при повышении температуры или, что более важно, оседания при нагревании. выдерживается при температуре. Время работы стеклодува определяет окончательную степень проявления, а простой выбор формы сводит к минимуму искажения изображения.

Поскольку изображение находится внутри и фактически является частью самого стекла, светочувствительное стекло является наиболее прочным из известных фотографических носителей.[2][9] Утверждается, что фотоизображение внутри светочувствительного стекла является наиболее прочным видом фотографии и прослужит столько же, сколько и само стекло.[2][3][9] Фотографическое изображение нет на поверхности стекла, а внутри.[2]

Флуоресцентное светочувствительное стекло позволяет делать флуоресцентные фотографии и флуоресцентную голографию.[10]

Фоточувствительное стекло отличается от фотохроматическое стекло.[4] Фотохроматическое стекло используется в самозатемняющихся солнцезащитных очках, которые темнеют при ярком дневном свете.[4] Затем они возвращаются к прозрачной прозрачности, когда сильный дневной свет исчезает, и их можно использовать в помещении как обычные очки.[4]

С момента получения патента для разработки продукта мало что было сделано.[2] Это трудоемко и дорого обходится.[2] Его производят только крупные товарные стекольные заводы.[2] В 80-х годах прошлого века светочувствительное стекло было создано в небольшой степени для использования в «горячем стекле».[2] Затем отдельные художники владели небольшими студиями, создавали работы из выдувного стекла и начали экспериментировать со светочувствительным стеклом.[2] Вступая в двадцать первый век, лишь немногие мастера по стеклу знают технику достижения хороших результатов с помощью светочувствительного стекла.[2]В настоящее время производятся только светочувствительные очки PhotoCor (R), Фотуран и APEX. PhotoCor произведен изобретателем Corning, Inc. Фотуран производится SCHOTT Corporation и APEX от Life Bioscience.[5] Фоточувствительное стекло использовалось в качестве голографического материала для записи дифракционных оптических элементов для приложений с мощным лазером.[11]

Военное применение

Одной из причин задержки между изобретением светочувствительного стекла и его публичным объявлением примерно десять лет спустя было его возможное использование в военных целях.[8] Можно сжечь изображения и слова, скрытые в светочувствительном стекле, пока они не нагреются до высокой температуры.[2] Военные использовали этот факт во время Второй мировой войны для отправки секретных сообщений союзным войскам в кусках того, что выглядело как «обычное стекло».[2] С другой стороны, человеку, получившему «обычный стакан», просто нужно было нагреть его, чтобы прочитать скрытое сообщение.[2] Из-за этого применения светочувствительное стекло держалось в секрете до конца Второй мировой войны.[2][9]

Создание приложений

В Здание Организации Объединенных Наций столкнулся с сотнями квадратных футов светочувствительного стекла [12] до ремонта 2007 года, когда его заменили обычным стеклом с печатным рисунком. [13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Дитрих, Т.Р .; Эрфельд, Вт; Lacher, M; Krämer, M; Speit, B (1996). «Технологии изготовления микросистем на основе фотоэтапного стекла». Микроэлектронная инженерия. 30 (1–4): 497–504. Дои:10.1016/0167-9317(95)00295-2.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты Пол, стр. 333
  3. ^ а б c d Британская энциклопедия, стр. 194–209.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Maluf, стр. 62–63.
  5. ^ а б c "Обработка фотоопределяемого стекла - Халидтантави". sites.google.com.
  6. ^ а б c «Обработка светочувствительных стеклянных структур APEX с гладкими и прозрачными боковыми стенками, Халид Х. Тантави, Янечка Оутс, Реза Камали, Натан Бергквист и Джон Д. Уильямс, Journal of Micromech. & Microeng. 21 (2011)».
  7. ^ Imanieh, M.H .; Эфтехари Йекта, Б .; Маргуссиан, В .; Агаеи, А. (август 2008 г.). «Влияние рентгеновского облучения на соляризацию и кристаллизацию светочувствительных стекол, содержащих Ce, Sb, Sn и Ag». Журнал некристаллических твердых тел. 354 (31): 3752–3755. Bibcode:2008JNCS..354.3752I. Дои:10.1016 / j.jnoncrysol.2008.04.007.
  8. ^ а б c d е ж грамм час я j «Светочувствительные очки». Архивировано из оригинал на 2008-08-28. Получено 2008-08-15.
  9. ^ а б c d е ж грамм час я j k Паркер, 2003 г.
  10. ^ Павел, Э; Тугулеа, Л. (1997). «Флуоресцентное светочувствительное стекло - новый материал для оптической памяти и флуоресцентной голографии». Журнал химии твердого тела. 134 (2): 362–363. Bibcode:1997ЖСЩ.134..362П. Дои:10.1006 / jssc.1997.7580.
  11. ^ Глебов, Леонид Б. (июнь 2007 г.). «Фоточувствительное голографическое стекло - новый подход к созданию лазеров большой мощности». Физика и химия стекол: Европейский журнал науки и технологий стекла, часть B. 48: 123–128.
  12. ^ Брайан, Форд Ричардсон (1995). Чердак Генри Форд Ричардсон Брайан и др., Стр. 344. ISBN  978-0814326428. Получено 2008-08-19.
  13. ^ Heintges & Associates (27 апреля 2017 г.). «Ремонт фасадов кампуса штаб-квартиры Организации Объединенных Наций». Docomomo US. Получено 23 октября, 2019. В оригинальном северном фасаде вертикальные полосы из мрамора и узорчатое стекло с одинарным остеклением чередуются, что было специально разработанным Corning Glass светочувствительным продуктом. Этот уникальный продукт, именуемый в исторических документах «стеклокерамическим фотоформом», невозможно было воспроизвести. Компания Heintges & Associates работала над разработкой стекла с микрорельефом (обычно производимого для фотоэлектрической промышленности), чтобы воспроизвести текстуру поверхности исходного продукта.

Библиография

  • Британская энциклопедия, Новая Британская энциклопедия, т.8 Macropaedia Ge-Hu, Encyclopdia Britannica, 1974, ISBN  0-85229-290-2
  • Паркер, Сибил П., Словарь научно-технических терминов. McGraw-Hill Companies, Inc., (2003 г.) - «светочувствительное стекло», ISBN  0-07-042313-X,
  • Малуф, Надим и др., Введение в инженерию микроэлектромеханических систем, Artech House, 2004 г., ISBN  1-58053-590-9
  • Пол, Амаль, Химия очков, Спрингер, 1990, ISBN  0-412-27820-0
  • Стоки, С. Дональд, Путешествие к центру хрустального шара: автобиография, Американское керамическое общество (1985), ISBN  0-916094-69-3
  • Стоки, С. Дональд, Исследования в стекле: автобиография, Уайли-Блэквелл (2000), ISBN  1-57498-124-2

внешняя ссылка