Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na rozdíl od těch růžových, které prý vykouzlí realitu podle našich představ, samozabarvovací brýle přizpůsobí množství propouštěného záření podle intenzity osvětlení. Využívají k tomu fyziku pevných látek, konkrétně fotochromní materiály a molekuly, které dokážou měnit strukturu a uspořádání.
Mnohé brýle se na slunci zatmavují, a šetří tak zrak svých uživatelů. Je to možné díky molekulám a krystalům obsaženým ve sklech dioptrických čoček nebo na jejich povrchu. Působením UV záření mění svou strukturu a pohlcují část viditelného světla. Když se setmí nebo slunce zacloní mrak, tónování mizí. Tento vynález je však dokonalý jen zdánlivě a stále nabízí prostor k dalšímu zlepšování. Hlavní problém představuje rychlost změny ztmavení, která se v mnoha případech loudá za potřebami lidského oka.
První samozabarvovací brýle byly vybaveny tzv. fotochromními skly. Označení je odvozeno ze dvou původně řeckých slov označujících světlo (fós) a barvu (chróma). Termín se obecně používá pro materiály, které při dopadu světla mění barvu. Rozhodující je pro popsaný jev reakce materiálu na ultrafialové a částečně také na fialové světlo.
První fotochromní brýlová skla se vyráběla od roku 1964. Aby se dosáhlo požadovaného chování, obohacovalo se optické sklo krystaly tzv. halidů stříbra. To jsou chemické sloučeniny stříbrných kationů a záporně nabitých anionů prvků skupiny VII A periodické tabulky, tzv. halogenů (chlor, brom). Halidy stříbra se působením UV záření formují v drobné částice o průměru asi 5–30 nanometrů (1 nm = 10-9m).
Tyto částice absorbují, odrážejí nebo rozptylují viditelné světlo. Díky tomu se některé barvy bílého světla silně pohlcují a skla získávají barevný odstín. Pokud na brýle nedopadá ultrafialové světlo, částice na bázi stříbra se rozruší a skla znovu propouštějí všechny vlnové délky světla. Vratný proces ovšem probíhá v celém objemu, takže míra zatmavení skla závisí na jeho tloušťce. To je nepříjemná skutečnost. Zejména v případě více dioptrií byly čočky na slunci až neúnosně tmavé.
Fotochromní skla s halidy stříbra se proto už dnes téměř nevyrábějí. V polovině 80. let minulého století se objevily brýle s novými substancemi. Používají plastové čočky, které se ve většině případů pokrývají jedinou vrstvou s fotochromními molekulami. Zatmavení skel díky tomu není závislé na jejich tloušťce, což poskytuje velkou výhodu.
Dnešní fotochromní „skla“ obsahují komplikované organické sloučeniny, které reagují jak na ultrafialové, tak na fialové světlo. Bez světla jsou molekuly uspořádané do zakroucených struktur, tvoří část šroubovice stočené kolem podélné osy. Jsou-li vystaveny UV záření nebo fialové složce viditelného světla, mění svou strukturu. Některé vazby v molekule se zruší, jiné vzniknou. Výsledkem je nové prostorové uspořádání molekuly, která získává plochou strukturu s určitým místem ohybu. Zářením aktivovaná molekula tak vypadá podobně jako spodní část hokejky a může lépe absorbovat světlo větších vlnových délek. V makroskopickém pohledu se skla opět zabarví.
Odbarvení skel napomáhá kromě popsané vratné reakce ještě teplota. Čím je vyšší, tím silněji molekuly plastu kmitají a snáze se mohou vrátit do výchozího šroubovicového tvaru. Míra zatmavení skel proto vždy závisí na obou protichůdných faktorech – na dopadajícím světle a na teplotě. Dopadá-li málo světla na brýle, dominuje vliv teploty a skla se pomalu rozjasní.
Organické molekuly sice velmi zlepšily vlastnosti samozabarvovacích brýlí, ale o dokonalosti rozhodně mluvit nemůžeme. Stačí postavit mezi slunce a brýle překážku ochotně pohlcující UV záření, například čelní sklo automobilu. Ztmavení bude probíhat výrazně pomaleji, než by řidič subjektivně potřeboval. Podobně bude pomalejší i na teplotě závislá vratná reakce, která se může protáhnout až na několik minut. Sjedete-li rychle ze sluncem ozářené krajiny, mohou vám samozabarvovací brýle způsobit třeba ve stínu tunelu pěkně horké chvilky. Kromě toho, v chladnu jsou brýle obecně tmavší než v horkých dnech a v zimě se velmi pomalu zesvětlují.
Další nevýhodou je, že jev podléhá stárnutí. Každé vybuzení elektronů UV světlem nemusí vyvolat jen žádanou změnu struktury, ale naruší i další vazby v molekule. Přestože se to stává jen občas, s dobou používání vzniká stále více nevratných vazeb. Časem proto dostávají brýlová skla, v závislosti na délce používání, žlutý nádech.
Perfektní samozabarvovací brýle tedy neexistují, ale tím spíše se stále pracuje na jejich zdokonalení. Už proto, že by nové fotochromní materiály bylo možné využít jako optické paměti. Ale to už si možná nasazujeme růžové brýle…
Zdroj:
Welt der Physik: Wie funktionieren selbsttönende Sonnenbrillen?. Welt der Physik: Startseite [online]. Copyright © Welt der Physik [cit. 23.08.2021]. Dostupné z: https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/wie-funktionieren-selbsttoenende-sonnenbrillen/
Autor: Ivana Stulíková, Luboš Veverka
Převzato z Matfyz.cz.
Pozvánka: Noc vědců
24. 9. 2021
Pro děti i dospělé – vstup zdarma
Program Univerzity Karlovy
