DE1904769B1

DE1904769B1 - Verfahren zur Erhoehung des phototropen Effektes in einem lichtdurchlaessigen phototropen Werkstoff

Info

Publication number: DE1904769B1
Application number: DE19691904769
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Georg Gliemeroth
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1969-01-31
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1970-07-30
Also published as: FR2033275A2; NL7000941A; GB1301746A; FR2033275B2; BE745312A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur welche der Anregungsstrahlung zugewandt ist, für die

Erhöhung des phototropen Effektes in einem licht- Beispiele der Fig. 1 und 3 wieder,

durchlässigen phototropen Werkstoff durch Auf- In den meisten praktischen Anwendungsfällen, bei

bringen geeigneter Reflexionsschichten auf die Werk- denen phototrope Materialien benutzt werden, reicht

stoffseite, welche der Anregungsstrahlungsquelle ab- 5 die Intensität der Anregungsstrahlung nicht aus, um

gewandt ist. das phototrope Material gleichmäßig in seiner opti-

Phototrope Werkstoffe sind meist durchsichtige oder sehen Dichte zu verändern. Obwohl in der Regel ein

durchscheinende Materialien, deren spektrale Durch- negativer Gradient der optischen Dichte im angereg-

lässigkeit in Abhängigkeit von der eingestrahlten ten phototropen Glas beobachtet wird, das Glas also

Lichtmenge und Lichtwellenlänge reversibel variabel io mindestens in einem Teil seines Querschnittes noch

ist. Auf dem Gebiet der organischen Chemie ist eine nicht die maximale Schwärzung erreicht hat, konnte

ganze Reihe solcher phototroper Materialien bekannt, in eben diesen Fällen auf der Seite des phototropen

die sich vor allem durch die große Schnelligkeit des Werkstoffes, welche der Anregungslichtquelle abgephototropen Prozesses bei Verdunklung und Auf- wandt war, noch Anregungsstrahlung gemessen hellung (Regeneration) auszeichnen. Auf dem Gebiet 15 werden.

der anorganischen Werkstoffe sind vor allem Gläser Wurde beispielsweise das obengenannte phototrope mit phototropen Eigenschaften bekannt, die ebenfalls Glas der deutschen Patentanmeldung P 15 96 847.5 wie die organischen Materialien ihre Lichtdurch- mit einer Anregungslichtquelle, deren Hauptwellenlässigkeit unter dem Einfluß einer Anregungsstrah- länge bei 380 mn lag, bestrahlt, so wurde auf der lung reversibel verändern können (reversibler 20 Rückseite des phototropen Glases, also nach Durch-Schwärzungsprozeß). gang durch das Glas, noch Licht der Wellenlänge von

Für die vorliegende Erfindung ist es unerheblich, 380 mn festgestellt.

ob phototrope organische oder anorganische Mate- Aufgabe der Erfindung ist es, dieses durch das

rialien verwendet werden. phototrope, durchscheinende oder durchsichtige Ma-

Sowohl an organischen als auch an anorganischen 25 terial hindurchgehende Anregungslicht für den photophototropen Materialien wurde beobachtet, daß der tropen Prozeß zusätzlich nutzbar zu machen,
bei Verwendung geeigneter Anregungslichtquellen, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gedie in ihrer Wellenlänge auf das jeweilige phototrope löst, daß auf der Seite des phototropen durchsichtigen Material abgestimmt sind, auftretende Effekt der oder durchscheinenden Materials, welche der An-Phototropie, also die Änderung der optischen Dichte 30 regungsquelle abgewandt ist, ein das Anregungslicht oder die Farbänderung, in keinem Fall über den ge- reflektierendes Medium angeordnet wird,
samten Querschnitt des Materials konstant ist. Da in Dieses Medium soll in erster Linie die zur Anallen phototropen Werkstoffen, soweit der Effekt der regung des phototropen Prozesses geeigneten Wellen-Phototropie durch eine Anregungsstrahlung geeigne- längen reflektieren. Die Reflexion anderer Wellenter Wellenlänge hervorgerufen wird und die Werk- 35 längen ist für den phototropen Prozeß unerheblich stoffe für die Anregungsstrahlung durchlässig sind, und meist mit Nebeneffekten verbunden, welche unter analoge Verhältnisse vorliegen, wird die Erfindung Umständen dem phototropen Prozeß abträgliche Wiran einem ausgewählten phototropen Material be- kung besitzen. So kann eine zusätzliche Reflexion von schrieben, nämlich einem Glas, dessen phototrope Strahlen im roten oder ultraroten Spektralbereich Eigenschaften auf Silberhalogeniden beruhen. 40 eine Erwärmung des phototropen Materials hervor-

In der deutschen Patentanmeldung P 15 96 847.5 bringen, welche den phototropen Effekt (die Veränwird ein phototropes Glas beschrieben, welches bei derung der optischen Dichte) wieder rückgängig Anregung mit ultravioletter oder kurzwelliger sieht- macht. Andererseits ist es möglich, die Lichtdurchbarer Strahlung reversibel geschwärzt wird. Nach Ab- lässigkeit des phototropen Werkstoffes durch zuschalten der Anregungslichtquelle geht die Licht- 45 sätzliche Reflexionseigenschaften der aufgebrachten durchlässigkeit auf die Ausgangsdurchlässigkeit zu- Schicht definiert und nicht reversibel zu verändern, rück. Der Effekt beruht auf Silberhalogenidpartikeln, Diese Effekte haben jedoch keinen Einfluß auf die welche durch geeignete technologische Maßnahmen Phototropie. Nur die Reflexion der zur Anregung verin dem Glas ausgeschieden worden sind. Diese Silber- wendeten Wellenlängen verstärkt den Effekt der halogenidpartikeln besitzen Abmessungen zwischen 50 Phototropie, indem Anregungslicht, welches durch 50 und 600 A und sind im gesamten Glas statistisch den Werkstoff hindurchgegangen ist, dem photoverteilt, tropen Prozeß erneut zugeführt wird.

Trifft eine geeignete Anregungsstrahlung aus dem Dieses dem phototropen Prozeß erneut zugeführte

Spektralbereich des kurzwelligen sichtbaren oder Anregungslicht bewirkt eine Erhöhung der optischen

ultravioletten Bereichs auf das Glas auf, so werden 55 Dichte dadurch, daß die von dem Reflexionsmedium

je nach Intensität der Strahlung, also proportional zurückgeworfenen Photonen geeigneter Wellenlängen

zur Zahl der auf das Material auftreffenden Photonen, im Glas zur Schwärzung der Silberhalogenidpartikeln

entweder (bei schwacher Intensität) überhaupt nur beitragen. Unabhängig von der Art des phototropen

der Anregungslichtquelle am nächsten gelegene SiI- Materials werden bei Verwendung solcher Reflexions-

berhalogenidpartikeln geschwärzt oder aber (bei star- 60 medien, die an der Rückseite des phototropen Mate-

kerer Intensität) auch Silberhalogenidpartikeln, die rials angeordnet werden, Erhöhungen der optischen

weiter im Innern des Werkstoffes liegen. Dichte beobachtet.

Die F i g. 1 und 3 zeigen schematisch das Schwär- Mit Hilfe solcher Reflexionsschichten ist es somit zungsverhalten eines phototropen Glases 2 unter Ein- möglich, bei Verwendung des gleichen Materials und fluß der Anregungsstrahlung 1 sowie die Lage der ge- 65 der gleichen Anregungsintensität eine stärkere und schwärzten Silberhalogenidpartikeln 3. F i g. 2 und 4 gleichmäßigere Verdunklung des phototropen Mategeben den Verlauf der optischen Dichte D in Abhän- rials zu erzielen als ohne solche Reflexionsschichten, gigkeit von der Entfernung Z von der Glasoberfläche, Umgekehrt kann man mittels der erfindungs-

gemäßen Reflexionsschichten einen bestimmten phototropen Effekt mit einer geringeren Anregungsintensität oder mit einer dünneren Materialdicke oder mit einem geringeren Gehalt an den die Phototropie bewirkenden Substanzen, also z. B. an Silberhalogenidpartikeln hervorrufen, als dies ohne Reflexionsschicht möglich wäre.

Es wurde gefunden, daß schon bei Verwendung eines geeigneten Spiegels, welcher die Wellenlängen reflektiert, die zur Anregung des phototropen Prozesses erforderlich sind, und der in endlicher Entfernung hinter dem phototropen Material aufgestellt ist, die Anregungsstrahlungen, die von der Anregungslichtquelle ausgehen, das phototrope Material durchlaufen und von dem Spiegel nach dem Durchlaufen des phototropen Materials in dieses zurückgeworfen werden.

Besonders interessant sind Möglichkeiten, welche zu einer Reflexion der Anregungsstrahlung führen und trotzdem die Lichtdurchlässigkeit des Gesamtsystems, welches erfindungsgemäß aus dem phototropen Material und dem damit kombinierten Reflexionsmedium besteht, nicht oder nur unwesentlich im sichtbaren Spektralbereich verändern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß phototrope Materialien in geeigneter Weise mit an sich bekannten selektiv reflektierenden Medien kombiniert werden. Solche selektiv reflektierenden Medien sind beispielsweise Metalloxidschichten, wie sie in »H. Schröder, UV-absorbierende und -reflektierende Überzüge für Tafel- und Hohlgläser, Compt. Rendus, 7. Int. Glas Kongreß, Teil I, 7.1.1965«, beschrieben werden und welche erfindungsgemäß entweder direkt auf das phototrope Material oder auf ein anderes Medium aufgebracht werden, das allein die Wirkung eines Substrates besitzt und mit dem phototropen Werkstoff kombiniert wird.

Der Verlauf der Anregungsstrahlung bei Verwendung einer solchen Reflexionsschicht ist im oberen Teil der F i g. 5 wiedergegeben. Die Anregungsstrahlung 1 trifft auf das Glas auf, dringt teilweise durch das Glas hindurch 5, trifft auf die Reflexionsschicht 7 auf und wird von ihr in das Glas reflektiert 6. Im unteren Teil der Fig. 5 ist der Schwärzungseffekt bei Verwendung einer Reflexionsschicht auf der Glasseite, welche der Anregungsstrahlung abgewandt ist, schematisch wie in den F i g. 1 und 3 dargestellt. Man erkennt, daß die Silberhalogenidpartikeln auch im rückwärtigen Bereich des phototropen Materials, welches der Anregungslichtquetlle abgekehrt ist, geschwärzt werden, was auf die reflektierte Anregungsstrahlung zurückzuführen ist.

In Fig. 6 ist der Verlauf der optischen Dichte wie in den Fig. 2 und 4 aufgetragen. Von der Anregungslichtquelle her betrachtet sinkt im Querschnitt des phototropen Materials von der Oberfläche 4, welche der Anregungslichtquelle zugewandt ist, die optische Dichte erst wie in den F i g. 2 und 4 ab, um nach Durchschreiten eines Minimums bei Annäherung an die Oberfläche 8 des phototropen Materials, welche der Anregungslichtquelle abgewandt ist, wieder anzusteigen.

Bei konstanter Anregungsintensität mit einer geeigneten Wellenlänge läßt sich unter Verwendung einer geeigneten Reflexionsschicht die im phototropen Material gewünschte Veränderung der Lichtdurchlässigkeit oder Farbänderung um den Faktor 1,5 und mehr verstärken. Vor allem in Fällen, bei denen die Anregungslichtquelle nicht verändert werden kann, kann man erfindungsgemäß den Effekt der Phototropie auf technologisch einfache Weise erheblich steigern.

Die spektrale Anpassung der Reflexion des reflektierenden Mediums an die Anregungsstrahlung ist in den Fi g. 7, 8 und 9 schematisch dargestellt. In ihnen ist die Durchlässigkeit τ in Prozent gegen die Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Die F i g. 7 gibt die Durchlässigkeit eines phototropen Glases von 4 mm Dicke im unbelichteten Zustand^ und im belichteten Zustand B wieder. Der Wellenlängenbereich des Anregungslichtes, das die Verringerung der Lichtdurchlässigkeit von A nach B bewirkt, ist in Fig. 8 dargestellt. Es handelt sich um ein Anregungsmaximum im Bereich von 280 bis 400 nm. Der Vergleich der Kurve A in F i g. 7 mit dem Verlauf der Anregungsstrahlung in Fig. 8 zeigt, daß das phototrope Glas nur die Wellenlängen der Anregungsstrahlung unter 390 nm absorbiert. Obwohl auch die Wellenlängen der Anregungsstrahlung über 390 nm eine anregende Wirkung auf den phototropen Prozeß besitzen, können sie nicht in ihrer Gesamtheit dem phototropen Prozeß nutzbar gemacht werden. Photonen der Wellenlängen über 390 nm treten auf der Seite des phototropen Glases, welche der Anregungslichtquelle abgewandt ist, wieder aus dem Glas aus. Um diese Photonen der Wellenlängen von 390 bis annähernd 450 nm für den phototropen Prozeß zurückzugewinnen, wird das phototrope Glas mit einem reflektierenden Medium, dessen Reflexionswirkung im Bereich zwischen 390 und 450 nm besonders groß ist, zu einem System kombiniert. Dieses reflektierende Medium wird in Fig. 9 durch eine besonders geeignete Transmissionskurve charakterisiert.

Beispiel 1

Ein nach der Patentanmeldung P 15 96 847.5 hergestelltes phototropes Erdalkali-Aluminium-Blei-Boratglas mit Silberchlorid- und Silberbromidgehalt mit 3 mm Dicke und den Abmessungen 40 · 40 mm wird auf den beiden Hauptflächen geschliffen und fein poliert. Anschließend werden die Hauptflächen durch einen 5 Sekunden anhaltenden Ätzprozeß in 3°/oiger Flußsäure und eine nachfolgende Wäsche in destilliertem Wasser gereinigt. Ein zweiter Reinigungsprozeß wird 30 Minuten lang in alkalischer Seifenlösung bei 100⁰C angeschlossen, die Reinigung wird durch einen Waschprozeß in Methylalkohol beendet. Anschließend wird eine Hauptfläche mit einer Mehrfachschicht aus Λ/4-Schichten von TiO₂ und SiO₂, die man durch Eintauchen in organische Ti- bzw. Si-Säureesterlösungen und anschließende hydrolytische bzw. pyrolytische Zersetzung erhält, überzogen. Hierdurch werden im ultravioletten und kurzwelligen sichtbaren Spektralbereich 80°/o des auf treffenden ultravioletten Lichtes reflektiert. Das auf diese Weise einseitig mit einer reflektierenden Schicht versehene phototrope Glas zeigt gegenüber einem gleichartigen, nicht mit einer reflektierenden Schicht versehenen Glas bei gleicher Anregungsintensität und Wellenlänge eine um den Faktor 1,5 verringerte Lichtdurchlässigkeit. „ . . , „
Beispiel 2

Ein nach der Patentanmeldung P 15 96 857.7 hergestellter Kunststoff-Glas-Verbundwerkstoff aus phototropem Borosilikatglas mit Silberhalogeniden und Polystyrol, welcher als Rundscheibe mit 100 mm Ge-

samtdurchmesser und 5 mm Dicke in durchscheinender Form vorliegt, wird auf einer der beiden Hauptflächen poliert und anschließend mit Methylalkohol gereinigt. Die gereinigte Hauptfläche wird durch Aufdampfen von Ce₂O₃—TiO₂ mit einer Reflexionsschicht belegt, welche selektiv die für die phototropen Eigenschaften dieses Kunststoff-Glas-Verbundwerkstoffes geeigneten Anregungswellenlängen reflektiert. Eine mit einer solchen, die Anregungsstrahlung reflektierenden Schicht versehene phototrope Kunststoff-Verbundplatte zeigt im Vergleich zu einer nicht mit einer reflektierenden Schicht versehenen Platte eine um den Faktor 1,3 verstärkte Schwärzung bei Anregung mit geeigneten Wellenlängen.

ίο

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung des phototropen Effektes in einem lichtdurchlässigen phototropen Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man den Anteil der Anregungsstrahlung, der den Werkstoff durchdrungen hat, mit Hilfe eines diese Anregungsstrahlung reflektierenden Mediums in den phototropen Werkstoff reflektiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß¹ zur Reflexion der Anregungsstrahlung eine reflektierende Schicht auf der Seite des Werkstoffes aufgebracht wird, die der Anregungslichtquelle abgekehrt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen