English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

Welcome to CPH Theory Siteبه سایت نظریه سی پی اچ خوش آمدید

 

 

نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.

اخبار

آرشیو مقالات

 

سی پی اچ در ژورنالها

   

 

کرم های ضدآفتاب نانویی چگونه کار مي‌کنند

 

 

 

 



محصولات و بازارِ فناوريِ نانو

 

خلاصه مقاله:
صنايع آرايشي از اكسيدهاي غيرآلي، نظير اكسيد روي و تيتانيم، استفاده مي‌كنند، اما استفاده از اين اكسيدها به علت خاصيت سفيدكنندگي روي پوست محدود است. سفيدي به طور مستقيم با پخش نور رابطه دارد. به طور كلي با كاهش اندازة ذرات، شاهد افزايش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور كمترِ اشعه‌ها از بين ذرات) و كاهش پديدة سفيدي (به علت كاهش پديدة پخش نور) هستيم. به‌تازگي روش‌هاي گوناگون براي توليد نانوذرات، توسعه يافته‌ و بر صنعت کرم‌هاي ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.

 

یک - سفيدي 

وقتي ماده نوردهي شود، پديده‌هاي زير ديده مي‌شوند.

 

 

شكل 1: شِماي نور عبوري و انعكاس‌يافته از يك لاية نازك

 

 

یک- عبور نور که منجر به گذشتن آن از ماده بدون هيچ تأثير متقابلي است؛ 

دو - نورِ نافذ که منجر به پخش نور مي‌شود؛ 

سه - انعکاس نور از سطح، مانند آنچه در آينه رخ مي‌دهد؛ 

چهار-  انعکاس نفوذي که منجر به پخش نور از سطح مي‌شود.

 

در شکل 1 پديده‌هاي گفته‌شده نشان داده شده‌اند. اثر سفيدي ناشي از پخش نور به وسيلة ذرات ــ براي مثال در کِرِم‌ها ــ است. بنابراين، براي کاهش سفيدي بايد ميزان نور پخش‌شده را کم كرد.

 

دو -  پخش نور و اندازة ذرات


شدت نور پخش‌شده به وسيلة يک تک‌ذره، تابعي از اندازة ذره است. همان‌طور كه در شكل 2 به‌روشني مشاهده مي‌شود، با افزايش اندازة ذرات، نور مرئي به علت برخورد با ذرات پخش مي‌شود و با برگشت نور به چشم، ذراتْ سفيد ديده مي‌شوند. بنابراين، براي کاهش تأثير سفيدي، کاهش اندازة دانه راهي است بسيار مؤثر.

 

 

 شكل2: الف. نانوماده نور را بدون انحراف از خود عبور مي‌دهد، به همين خاطر نسبت به نور شفاف است.


ب. مواد با ذرات در ابعاد ميكرومتر نور را پراكنده مي‌كنند. بنابراين، نسبت به نور مات و نيمه‌شفاف‌اند و سفيد ديده مي‌شوند.

در شكل 3 ميزان پخش نور بر حسب اندازة دانه به نمايش درآمده و مشخص است كه با افزايش اندازة ذرات، ميزان پخش‌شوندگي نور بيشتر مي‌شود.

 

 

 

 

سه - جذب اشعة ماوراي بنفش و بهترين اندازة ذره
نور ماوراي بنفش 
(UV)  طول موج كمتر از نور مرئي و انرژي بيشتر از نور مرئي دارد. قرار گرفتن در مقابل تابش ماوراي بنفش از مهم‌ترين علل آسيب‌هاي پوستي و سرطان پوست است. به همين خاطر، جذب اين اشعه و ممانعت از رسيدن آن به پوست بدن موضوع تحقيق بسياري از مراكز علمي دنيا براي ساليان طولاني بوده است. جذب  UV  در مواد غيرآلي نظير  TiO2 و ZnO ناشي از دو اثر است: 

الف ـ جذب فاصلة باند؛

ب ـ پخش نو

 

الف ـ جذب فاصلة باندي

اکسيد روي و اکسيد تيتانيم نيمه‌هادي‌اند و به‌شدت نور UV  را جذب و نور مرئي را عبور مي‌دهند. سازوكارِ جذب UV  در اين مواد شامل مصرف انرژي فوتون براي تهييج الکترون از نوار ظرفيت به نوار رسانايي است.

 

فاصلة باندي يا گپ انرژي چيست؟

ميدانيم که اتمها از ترازهاي انرژي تشکيل شدهاند و اين ترازهاي انرژيِ حاوي الکترون، در جسم جامد تشکيل نوارهايي را ميدهند که الکترون‌ها در آنها قرار گرفته‌اند.

اما فضاهايي بين اين نوارهاي انرژي وجود دارند که هيچ نوار حاوي الکتروني نميتواند در آنها جا بگيرد. اين فضاها را فاصلة باندي يا گپ انرژي ميگويند. در جامدهاي رسانا نوارهاي انرژي ميتوانند پر، نيمه‌پر يا خالي از الکترون ــ که در اصطلاح نوار رسانايي ناميده ميشود ــ باشند. همچنين گپ انرژي آنها در مقايسه با نيمه‌هاديها کوچک‌تر است. در نيمه‌هاديها نوارهاي انرژي نيمه‌پر وجود ندارند و گپ انرژي آنها کمي بزرگ‌تر از رساناهاست. از همين رو، الکترون‌ها در رساناها و نيمه‌رساناها ميتوانند با گرفتن مقداري انرژيِ گرمايي ــ براي رساناها کم‌تر، براي نيمه‌رساناها بيش‌تر ــ برانگيختگي گرمايي پيدا كنند و از لايههاي انرژيِ پُر به لايههاي انرژيِ خالي بروند. اين عمل در نارساناها به علت بزرگ بودن گپ انرژي امکان ندارد.

 

 

 

 

 

و TiO2  داراي انرژي باند ev3/3 تا ev4/3   مربوط به طول موج‌هاي تقريباً 365 نانومتر تا 380 نانومتر هستند. نورهاي زير اين طول موج‌ها انرژي کافي براي تحريك الکترون‌ها دارند. به بيان ساده، الكترون‌هاي اين ذرات انرژي نور UV  را جذب مي‌كنند و از رسيدن اين امواج به پوست مانع مي‌شوند. پس ZnO و TiO2  داراي خاصيت شديد در جذب UV  هستند و اگر به اندازة کافي کوچک باشند، شفافيت خوبي در برابر نور مرئي خواهند داشت.

 

ب ـ اندازة دانة بهينه براي جذب UV

 

 

شكل 4: تأثير اندازة دانه بر عبور نور

 

 

با ريزتر شدن ذرات، علاوه بر اينكه در مسير نور UV  ذرات بيشتري براي جذب فاصلة باند وجود دارند، نور UV  بيشتر پخش خواهد شد. بنابراين، عبور اين نور كاهش مييابد. جذب فاصلة باند به ‌طور کلي تابعي از تعداد اتم‌هايي است که در مسير نور UV  قرار گرفته‌اند. بر اساس تحقيقات تجربي، با کاهش اندازة ذرات، به علت کم شدن فاصلة بين آنها براي عبور نور UV،   شاهد عبور كم‌ترِ اين اشعه هستيم. اين موضوع در شکل شمارة 4 نشان داده شده است. با توجه به اين شكل، در محدودة نور فرابنفش (زير 400 نانومتر) با كاهش اندازة ذرات، عبور نور كمتر خواهد شد. همين پديده است كه متخصصان را به توليد محصولات ضدآفتاب با خاصيت جذب (SPF)  بالاتر رهنمون شده است.

 

 

 

 

 

SPF چيست؟

کرم‌هاي ضدآفتاب بر اساس ميزان توانايي آنها در جذب و دفع اشعة  UV  درجه‌بندي مي‌شوند. اين معيار Sun Protection Factor يا SPF  نام دارد. درجات SPF ، مانند SPF15 يا SPF20  نشان‌گر آن‌اند که مصرف‌کنندة آن قبل از اينکه دچار آفتاب‌سوختگي بشود، تا چه حد مي‌تواند زير نور آفتاب بماند. براي مثال، شما مي‌توانيد بدون استفاده از کرم ضد آفتاب ده دقيقه زير نور خورشيد باقي بمانيد و احساس سوختگي نکنيد. هنگامي که از کرم ضد آفتاب استفاده مي‌کنيد، مي‌توانيد زمان 10 دقيقه را ضرب در ميزان SPF  کرم کنيد و به مقدار زمان به دست آمده زير آفتاب بمانيد. اگر  SPF  کرم شما 15 باشد، شما 150 دقيقه يا 2 ساعت و نيم ميتوانيد در آفتاب بمانيد. اگر پس از مدتي مجددا از کرم استفاده کنيد، ميزان محافظت آن بيشتر ميشود اما، در مقدار زمان ايمن آن تاثيري ندارد.

 

نتايج:

یک- ايجاد پديده سفيدي در ضد آفتاب ها ناشي از پديده پخش نوردر محدوده نور مرئي(400-700 نانومتر) است. با توجه به شكل 4 اين پديده در ضد آفتاب ها با اندازه ذره درشت، بسيار شديدتر است.به عبارت ديگر كاهش شفافيت باعث افزايش پديده سفيدي مي شود.در شكل 5 با ريزتر شدن ذرات شاهد عبور بيشتر نور مرئي و در نتيجه كاهش سفيدي و افزايش شفافيت هستيم.

دو- بر طبق شكل 5 در محدوده نور UV  با توجه به كمتر بودن فاصله بين ذرات در حالت نانومتري شاهد عبور كمتر نور هنگام ريزتر شدن ذرات هستيم.

 

 

باشگاه نانو

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

آخرین مقالات


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آرشیو موضوعی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه

از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟


 

 

free hit counters

Copyright 2013 CPH Theory

Last modified 12/22/2013