نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
کرم های ضدآفتاب نانویی چگونه کار مي‌کنند
|
|
خلاصه مقاله:
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
شكل2: الف. نانوماده نور را بدون انحراف از خود عبور مي‌دهد، به همين خاطر نسبت به نور شفاف است.
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 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؟ مي¬دانيم که اتم¬ها از ترازهاي انرژي تشکيل شده¬اند و اين ترازهاي انرژيِ حاوي الکترون، در جسم جامد تشکيل نوارهايي را مي¬دهند که الکترون‌ها در آنها قرار ¬گرفته‌اند. اما فضاهايي بين اين نوارهاي انرژي وجود دارند که هيچ نوار حاوي الکتروني نمي¬تواند در آنها جا بگيرد. اين فضاها را «فاصلة باندي» يا «گپ انرژي» مي¬گويند. در جامدهاي رسانا نوارهاي انرژي مي¬توانند پر، نيمه‌پر يا خالي از الکترون ــ که در اصطلاح «نوار رسانايي» ناميده مي¬شود ــ باشند. همچنين گپ انرژي آنها در مقايسه با نيمه‌هادي¬ها کوچک‌تر است. در نيمه‌هادي¬ها نوارهاي انرژي نيمه‌پر وجود ندارند و گپ انرژي آنها کمي بزرگ‌تر از رساناهاست. از همين رو، الکترون‌ها در رسانا¬ها و نيمه‌رساناها مي¬توانند با گرفتن مقداري انرژيِ گرمايي ــ براي رساناها کم‌تر، براي نيمه‌رساناها بيشتر ــ برانگيختگي گرمايي پيدا كنند و از لايه¬هاي انرژيِ پُر به لايه¬هاي 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 مي¬يابد. 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.
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 |
|
Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons |
|
نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی |
آرشیو موضوعی
|
|
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؟