Işığa Duyarlı Cam Nasıl Çalışır?

Işığı duyarlı cam, ışığın etkisiyle rengi koyulaşan ya da açılan bir CAM türüdür. Fotokromik camda değişme tersinirdir; ama fotoduyarlı camda öyle değildir. Ayrıca, fotoduyarlı camın, renklenmesi için ısıtılması gerekir.

Fotokromik cam: Fotokromik cam, belli bir dalga boyunun etkisiyle, sözgelimi morötesi ışığın ışınımı sonucu, koyulaşır ve ışınım kaynağından uzaklaştırıldığında, yeniden özgün rengini alır. Bu tür camlar, gözlükler için, renk ayarını kendi kendine gerçekleştiren merceklerin yapımında kullanılır. Fotokromik mercekler, morötesi ışık içeren gün ışığında karararak, güneş gözlüğü haline gelir. Gün ışığından uzaklaşıldığında da, yeniden eski haline döner.

Fotokromik cam, yaklaşık 50 angström çapında gümüş halürleri (HALOJEN’lerden türetilen tuzlardır) ile az miktarda bakır oksit duyarlaştırıcı içerir. Gümüş halürlerin (gümüş klorür, gümüş bromür, gümüş iyodür) birbirine oranı, camın duyarlı olacağı ışınımın dalga boyunu belirler. İçerdiği maddeler arasında gümüş klorürün birinci sırayı aldığı cam, morötesi ışığa duyarlıdır. Gümüş bromür ve gümüş iyodürün eklenmesiyse, tayfın görünür bölümüne duyarlık kazandırır. Fotokromik cam, morötesi ışık aldığında, ışınımın enerjisi, gümüş klorür moleküllerini, kararmaya neden olan gümüş ve klor atomlarına dönüştürür. Bu süreç, fotoğraf filminin görünür ışıktan etkilenmesine benzer, ancak arada üç önemli fark vardır. Birincisi, fotokromik camda oluşan gümüş billurları, fotoğraf emülasyonunda oluşanlardan yaklaşık on milyon kez daha küçüktür. İkincisi, cam oldukça eylemsizdir ve bu nedenle, etkin klor atomları, yanal tepkimelerle yerlerinden uzaklaştırılmazlar. Üçüncüsü, cam geçirgen olmadığından, klor atomları tepkime sınırından öteye kaçamazlar. Morötesi ışınım kaynağı uzaklaştığında, gümüş atomları ile klor atomları yalın bir biçimde yeniden birleşerek, gümüş klorür oluştururlar. Fotokromik camın temel bileşimi, bir alkali metal olan borosilikat ya da metatosfat cama benzer.

Fotokromik cam, gözlük camlarının yanı sıra, pilotların güneş ışınlarından korunması için, uçak camlarının yapımında da kullanılır. Öteki kullanım alanlarının başlıcaları şunlardır: Optik bilgi saklama ve gösterme sistemleri; ışınım denetimi gerektiren yerlerdeki kaplamalar, ışığa duyarlı ilaç ve yiyecek kapları; bazı yapılardaki güneşlikler.

Fotoduyarlı cam: Camdaki fotoduyarlık olayı, ilk olarak koyu kırmızı camda ortaya çıkarıldı. Kırmızı cam, camın yapımında kullanılan bileşime, bakır ya da altın bileşiklerinin eklenmesiyle yapılır. Cam, ilk yapıldığında renksizdir. Rengini, tavlanma ve yumuşama sıcaklıkları arasında bir sıcaklığa kadar yeniden ısıtıldığında alır. Camın, yeniden ısıtılmasından önce morötesi ısına tutulması durumunda, son renginin çok daha koyu olduğu anlaşılmıştır. Modern fotoduyarlı cam birleşimleri, bakır, gümüş ya da altın bileşikleri içerir ve yalnızca baştan ısıtılmışlarsa, yeniden ısıtıldıklarında renk alırlar. Baştan ısıtma uygulanmazsa, renksiz kalırlar. Fotoduyarlı cam tabakasına, morötesi ışık kullanılarak fotoğraf negatifinden bir görüntünün yansıtılmasından sonra camın yeniden ısıtılmasıyla, yalnızca ışığın düştüğü alanların kararması yani görüntünün cama çıkması sağlanabilir.

Altınlı fotoduyarlı cam birleşimleri bir duyarlaştırıcı (çoğunlukla seryum metalinin bir bileşiği) içerir. Yeniden ısıtmadan önce cam, morötesi ışına tutulduğunda, üç değerlikle seryum İYON'ları (üç artı yük), aşağıda gösterildiği gibi, dört değerlikle seryum (dört artı yük) iyonları oluşturacak biçimde fazladan bir elektron yitirir:

Cam soğukken elektron hareketsiz kalır; ama yeninden ısıtılınca, bileşimindeki altın iyonlarıyla tepkimeye girip, altın atomları vererek camın renklenmesine neden olur:

Bakırlı ve gümüşlü fotodoyarlı camlar, normal olarak duyarlaştırıcıya gerek göstermez, ama renklenme süreci, altınlı camlarınkine bezer. Camda metal atomlarının oluşması, son renklenmeye neden olur:

Fotoduyarlı camlar, görüntüyü oluşturun metal tanecikleri çok küçük olduğundan, optik ölçeklerin ya da retiküllerin yapımında kullanılmayı çok elverişlidir. Yeniden ısıtmadan sonra camın soğuması dikkatle denetlenerek, metal taneciklerin boyutu, görünür ışığın dalga boyunun altında tutulabilir.

Gümüşlü fotoduyarlı cam, fotokromik camdan farklıdır. Gümüşlü fotoduyarlı cam, gümüş iyonları içerir; oysa, fotokromik cam, gümüş halürü billurlarından oluşur. Fotoduyarlı camda renk bir kez oluştu mu, işlem tersine dönemez; çünkü, metal atomları, oluştuktan sonra, iyon oluşturacak biçimde yeniden tepkimeye girmez.