Vidrio de neodimio

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Vidrio de neodimio  : vidrio mineral que contiene óxido de neodimio , a veces una mezcla de óxidos de otros elementos de tierras raras y tiene varios nombres: vidrio de neodimio, vidrio de didimio , vidrio de camaleón, vidrio de alejandrita [ 1] , vidrio Moser ("Alejandrita", "Heliolight", "Royal") [2] y otros muchos nombres comerciales, entre los que destaca "Neophane" o "neophane glass" [3] . Neophan (nuevo fenómeno) es una marca de varias empresas alemanas ( Auer , Siemens) para varios productos fabricados con este vidrio, cuyo nombre se ha convertido en un nombre familiar, de hecho, el nombre del propio vidrio.

En los países de habla inglesa , la abreviatura "ACE"  - Amethyst Contrast Enhancer  - " Amethyst Contrast Enhancer" se utiliza para referirse a lentes de anteojos y filtros de luz hechos de vidrio de neodimio púrpura . Esta abreviatura a veces se usa para lentes de otros colores, solo el color en sí se escribe al principio, por ejemplo, vidrio verde - "Green ACE". El nombre de vidrio de didimio, aunque tiene el término obsoleto " didim ", todavía se usa para referirse tanto al vidrio con una mezcla de óxidos de lantánidos como al propio vidrio de neodimio con óxido de neodimio puro, que se usa para gafas técnicas de seguridad y para filtros fotográficos.

Propiedades

Este vidrio tiene propiedades ópticas interesantes asociadas con las transiciones ff en la capa de electrones del átomo de neodimio .

• La capacidad de absorber selectivamente, dependiendo de la longitud de onda , la luz visible: el vidrio violeta absorbe significativamente la parte amarilla del espectro, y el doblete espectral D-line de radiación de sodio con una longitud de onda de 589 y 589,6 nm y radiación con longitudes de onda de 580- 590 nm absorbe casi por completo; tiene bandas de absorción en otras partes de la radiación óptica (430, 480, 520, 730 nm, etc., ver el gráfico de la derecha), pero pasa casi por completo la sección roja y las partes más visibles al ojo humano del verde y partes azules del espectro:

 - los objetos rojos a través del cristal parecen más brillantes, casi brillantes;  - naranja y rosa se ruborizan visiblemente y también se ven más brillantes, la piel de las personas de rostro pálido se vuelve rosada;  - los objetos de color amarillo verdoso se vuelven verdes y se ven más claramente;  - los objetos verdes y azules, el cielo azul y la superficie del agua se ven más saturados, teniendo, por así decirlo, un color más puro;  - los objetos amarillos pierden su brillo, y la radiación de sodio puro sin impurezas prácticamente desaparece; pero en la mayoría de los casos, los objetos materiales amarillos permanecen visibles porque brillan en un amplio espectro y, a menudo, una mezcla de rayos rojos y verdes se percibe como amarillo [4] . Por ejemplo, la luz de una lámpara de sodio, fotografiada y reproducida en un monitor con tecnología RGB , no se desvanece a través del cristal de neodimio y casi no cambia de color;  - en general, debido a la pérdida de la parte amarilla del espectro, se produce una diferenciación adecuada entre los medios tonos de color rojo y verde, por lo que la imagen a través de dicho cristal tiene un aspecto más contrastado [5] .

• El efecto alejandrita o efecto bicolor  es la capacidad del vidrio con un contenido de óxido de neodimio de al menos 4,3% de cambiar de color dependiendo del tipo de iluminación [6] debido a la absorción del color amarillo y la separación del espectro en dos partes: azul-verde y rojo. Si la fuente que ilumina el vidrio emite más energía en la parte azul del espectro, entonces el vidrio, habiendo absorbido casi todos los rayos amarillos, se vuelve azul. Si la fuente brilla más en la parte roja, entonces la luz visible se desplaza desde el equilibrio hacia el otro lado espectral y el vidrio emite luz roja [7] . Así es como el vidrio de neodimio amatista cambia de color de púrpura bajo luz incandescente y violeta bajo luz solar a azul bajo iluminación fluorescente , el vidrio gris de neodimio-praseodimio de gris a verde, respectivamente, y marrón de marrón té rojizo a amarillo verdoso. Con un brillo de sodio puro, el vidrio de neodimio se vuelve oscuro, casi negro. Una gran diferencia en el brillo de los diferentes tipos de lámparas cuando se ven a través del vidrio está directamente relacionada con esta propiedad (vea las fotos a continuación en la sección de efectos visuales).
• La capacidad de bombeo láser .
• Buena absorción de la radiación ultravioleta : longitudes de onda de hasta 335 nm el vidrio absorbe completamente sin aditivos adicionales [8] .

Los vidrios de otros colores tienen sus propias características de transmisión de luz. El vidrio marrón, además del amarillo, absorbe casi por completo el color azul [9] y, por lo tanto, agudiza aún más el contraste y la visibilidad de los tonos rojos, y hace que los colores naranja, marrón y púrpura sean rojos, burdeos brillantes y escarlata. El vidrio gris acentúa el verde, algo en detrimento del azul, haciéndolo más azul verdoso.

El ancho del área absorbida en la parte amarilla del espectro en la región de 580 nm depende del contenido de neodimio y del espesor del vidrio. Por ejemplo, un vidrio ordinario de didimio con un espesor de 1,5 mm corta un área con un ancho promedio de 15 nm, un vidrio con un espesor de 4 mm eliminará 35 nm y 6 mm, respectivamente, 55 nm. [diez]

Debe decirse que casi todos los elementos de tierras raras en vidrios y soluciones líquidas exhiben absorción selectiva de luz, y los vidrios de praseodimio puro también muestran dicroísmo (cambio de color de incoloro a verde debido a una absorción significativa de rayos azules) [11] [12] [13] [14] , pero solo en el neodimio las bandas de absorción están ubicadas de tal manera que mejoran el contraste, y la absorción más profunda coincide idealmente con el espectro de emisión de los átomos de sodio excitados [15] , lo que proporciona al vidrio de neodimio varias aplicaciones específicas.

Aplicación

Debido a sus propiedades ópticas, el vidrio de neodimio encuentra diversas aplicaciones.

Capacidad de generar radiación láser:

• El vidrio y los granates artificiales que contienen neodimio se utilizan como medio activo en los láseres que generan radiación en la región del infrarrojo cercano del espectro con una longitud de onda de alrededor de 1,06  μm [16] (ver, por ejemplo, el artículo Nd: YAG laser ).

Color del cristal y su bicolor:

• la adición de óxido de neodimio puro a la carga de fusión del vidrio es una de las pocas formas de obtener un color púrpura brillante del vidrio mineral;
• la adición de óxidos de lantánidos (neodimio "negro", alrededor del 65% de neodimio en la mezcla) elimina el tinte verdoso de los vidrios causado por la presencia de impurezas de compuestos de hierro en ellos [17] ;
• el vidrio violeta y magenta se utiliza para la fabricación de vajillas decorativas, candelabros y productos de arte que cambian de color bajo la influencia de diferentes luces;
• utilizado en joyería como una imitación de la sultanita  , una variedad de joyería de la diáspora .

Mejora del contraste y un aumento aparente en el brillo y la claridad de los colores rojo, verde y azul:

• vidrio transparente violeta, gris verdoso y marrón con una transmisión de luz de 65 a 20 %, así como adicionalmente oscurecido, polarizado, espejado y reforzado desde el interior con una capa de policarbonato [18] [19] [20] [21] se utiliza para la fabricación de accesorios para gafas de sol , ya que proporciona visibilidad colorida y de contraste, efectos de iluminación inusuales y cambia de color según las condiciones de iluminación;
• las gafas con gafas de neodimio son útiles para personas con percepción reducida de los colores rojo y verde ( deuteroanomalía , protanomalía ) [22] ;
• El vidrio de neodimio morado, gris y marrón se usó en gafas de sol deportivas y para conducir desde la década de 1930 hasta la década de 1990, ya que mejoran el contraste de color, reducen el deslumbramiento y permiten una mejor visibilidad de la ropa y el equipo deportivo teñidos , las luces de advertencia y las señales de tráfico y marcas de colores. . Hoy en día, no se utiliza para estos fines, ya que, de acuerdo con las normas de seguridad vigentes, tales gafas solo deben fabricarse con lentes de plástico resistentes a los impactos. Además, las señales y los semáforos de hoy son más brillantes que los que se usaban en el siglo XX;
• vidrio violeta claro de 2 mm de espesor y transmisión de luz del 52,3% [22] se utilizó en las gafas Auer Neophan para pilotos alemanes y navegantes de la Luftwaffe durante la Segunda Guerra Mundial : permitieron ver mejor los aviones y las nubes contra el cielo, aumentaron el contraste de la superficie de la tierra y, en general, mejoró la visibilidad al reducir el brillo del color amarillo en la luz de fondo del polvo y la neblina en el aire del suelo;
• también se recomendaban gafas con gafas de neofano para la navegación con el fin de mejorar la visibilidad con mal tiempo, con niebla y durante la puesta y salida del sol [23] ;
• Se usó vidrio de neodimio de color rojo intenso (rubí) en las gafas de buceo para adaptarse rápidamente de la luz del día brillante en el exterior a la iluminación tenue dentro del submarino o, por el contrario, para acostumbrarse rápidamente a la oscuridad de la noche. Aunque el vidrio ordinario o el plástico rojo son suficientes para esto;
• los filtros fotográficos están hechos de amatista y vidrio de neodimio verde , diseñados respectivamente amatista para mejorar la transmisión de colores rojo, naranja y marrón, y verde, para aumentar el verde (por ejemplo, para fotografiar vegetación);
• El vidrio de neodimio de color rojo brillante se utiliza en los indicadores de los instrumentos de navegación .

Absorción de radiación amarilla:

• El vidrio púrpura, violeta y verde grisáceo con una mezcla de neodimio y praseodimio (vidrio ACE y Green ACE) se utiliza en las lentes de los vidrios protectores de didimio (gafas de didimio) para sopladores de vidrio , trabajadores de lámparas y soldadores [24] : absorbe el espectro estrecho radiación de emisión de átomos de sodio cuando se trabaja con quemadores de vidrio. Una llama brillante a través de tales lentes casi desaparece, no irrita los ojos y no interfiere con la visión del vidrio calentado [25] [26] . A veces, estos lentes están recubiertos con una capa de espejo que refleja los rayos de calor que son dañinos para los ojos ;
• el vidrio de plomo dopado con neodimio se usa en máquinas de rayos X para monitorear procesos a la luz brillante de lámparas de sodio [27] ;
• el vidrio violeta claro se usa en filtros de telescopios para reducir el deslumbramiento del cielo nocturno en áreas donde las lámparas de sodio se usan predominantemente en las farolas , así como para cambiar el color de los objetos astronómicos a fin de mejorar la visibilidad;
• a veces se usa para espejos retrovisores de automóviles , ya que absorbe parcialmente el resplandor del sol y los faros cegadores reflejados, mejora el contraste [4] [28] [29] ;
• se puede utilizar para la fabricación de vidrios para ventanas y automóviles con el fin de otorgarles propiedades de protección contra la luz y mejorar la reproducción cromática [30] [31] ;
• las bombillas de algunos tipos de lámparas incandescentes están hechas de este vidrio para filtrar el exceso de rayos amarillos del espectro de su resplandor para crear una luz cercana a la luz diurna blanca con un tinte ligeramente rosado; anteriormente, para este propósito, las lámparas de techo de las lámparas estaban hechas de vidrio neophane . Estas lámparas se utilizan para una iluminación más hermosa y respetuosa con las plantas de acuarios , terrarios y locales comerciales. La luz de las lámparas de neodimio afecta favorablemente la visión de personas con algunas enfermedades oculares, como albinismo , atrofia del nervio óptico , acromatopsia , miopía , glaucoma , retinopatía diabética , cataratas , anoxia cortical , nistagmo patológico primario , retinosis pigmentaria , retinosis pigmentaria [32] [33] .

Historia de la investigación y la producción

La capacidad de absorber selectivamente la luz de soluciones acuosas de sales de neodimio se observó en el siglo XIX durante el descubrimiento del elemento de neodimio por Karl Auer von Welsbach [34] . En 1922 se publicaron estudios de las propiedades ópticas del vidrio de neodimio puro sin praseodimio [35] [36] .

En 1927, el fabricante checo Leo Moser en su empresa Moser fue el primero en iniciar la producción comercial de artículos decorativos y vajillas hechos de vidrio inusual. Los fabricantes estadounidenses siguieron su ejemplo en la década de 1930 [2] .

A principios de la década de 1930, la firma alemana Auer fue la primera en utilizar las propiedades ópticas del vidrio para sus anteojos civiles y luego militares [22] . En los años siguientes, muchas marcas conocidas ( Cazal , Persol , Ray-Ban , Revo ) produjeron gafas de sol de neodimio, Phillips y Schott AG produjeron lentes de gafas para sopladores de vidrio . Los filtros de luz para películas y fotografía son producidos por Marumi , Hoya , Kenko , Schneider , Phillips , Tiffen , para observaciones astronómicas: Baader .

En la década de 1960, la capacidad descubierta de las gafas de neodimio y los granates artificiales para generar radiación láser comenzó a utilizarse para crear instalaciones láser. Bell Laboratories [37] fueron los pioneros aquí , luego, debido a la posibilidad de usar el láser en asuntos militares, energía termonuclear y muchas otras cosas, otras organizaciones y empresas científicas, incluidas las de la Unión Soviética ( GOI , LITMO , y otros ) , se unió a los experimentos con láser .

Conseguir

La composición de los aditivos para la carga de fusión de vidrio para producir vidrio de neodimio es diferente según su propósito. Por ejemplo, para la producción de vidrio de didimio , se utiliza el llamado "didim" ( didimio ), una mezcla de elementos de tierras raras, que consta de aproximadamente 50 % de lantano , 33,5 % de neodimio, 9,5 % de praseodimio , 7,0 % de samario y otros elementos [14] .

El vidrio gris se funde con la adición de óxidos de neodimio y praseodimio [27] .

El vidrio violeta y amatista se obtiene añadiendo a la mezcla óxido de neodimio puro en diferentes proporciones.

Efectos visuales

Efecto Alejandrita

• Dos varillas láser del mismo color.

• Gafas de neodimio multicolores bajo una lámpara incandescente

• Las mismas gafas bajo una lámpara fluorescente.

• Bombilla de lámpara incandescente de vidrio de neodimio

Características de la transmisión de luz

Fuentes de luz sin gafas de neodimio

Fuentes de luz a través de lentes de neodimio

• Hay una lámpara incandescente en el candelabro, el resto son fluorescentes (lentes grises)

• Iluminación en el metro: de la luz de las lámparas de sodio , permaneció principalmente el componente rojo, y las lámparas de mercurio debajo de los arcos se volvieron azules y parecen más brillantes (lentes violetas)

• Una caída significativa en el brillo de las lámparas amarillas del espectro de sodio en comparación con lámparas de otros colores.

Vista de objetos sin gafas de neodimio

Los mismos objetos a través de gafas de neodimio sin polarización

• Los verdes se ven verdes venenosos (lentes grises)

• Los objetos rojos, naranjas y rosas aparecen más brillantes contra el fondo de otros colores oscurecidos, el color azul está más saturado (lentes morados)

• Los colores rosa, violeta pálido, burdeos y amarillo anaranjado aparecen de color rojo brillante debido a la absorción de tonos amarillos y azules (lentes marrones)

folletos de productos neophane de la década de 1930

Literatura

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