DE1908504A1 - Verfahren und Mittel fuer schnelle Photographie - Google Patents

Description

• Verfahren und Mittel fflr schnell. Photographie" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel für schnelle Photographie auf Basis bereits mehr oder weniger bekannter Erscheinungan deren Kombination jedoch noch nicht für photographische Zwecke benutzt worden ist. Zunächst werden die erfindungsgemäss zu benutsenden Erscheinungen im Vergleich zu den üblichem Mitteln beschrieben.
• Bei einem photographischen Verfahren wird die Quantumausbeute durch die Anzahl im Auffangsmittel (Photofilm, Papier) pro Lichtquantum erzeugter Atomänderungen bestimmt. Das übliche Silberbromid-Verfahren hat eine Quantumausbeute von 108, was bedeutet, dass die Absorption von einem Lichtquantum die Reduktion von 108 Silberatom verursacht.
• Diese Quantumausbeute wird erst nach der Entwicklung ersielt und zunächst wird ein latentes Bild mit einer Quantumausbeute von nahezu 1 erzeugt die nachher mit 108 vervielfacht wird während der Sbtwicklung.
• Ein empfindliches photographisches Verfahren hat notwendigerweise eine hohe Quantumausbeute, was eine Verstarkung bedeutet. Bei jedem Verstärkungssystem wird von aussen her Energie zugeführt, die durch die zu verstärkende Erscheinung moduliert wird. In dem photographischen Silberbromid-Verfahren ist die zugeführte Energie eine chemische Energie (Ent wicklung); in bestimmten Abarten dieses Verfahrens kann sie Strahlungsenergie sein. (Entwicklung durch Ultraviolettstrahlung: "Print-out" Verfahren nach Dupont).
• Eine Verstärkungsmöglichkeit liegt weiterhin in bestimmten chemischen Reaktionen, sogenannten Kettenreaktionen, die nach dem Anlassen sich selbsttätig fortsetzen und die zum Einleiten eine sehr kleine Energiemenge benötigen. Es handelt sich im allgemeinen um unstabile chemische Systeme, bei denen eine sehr geringe Erhdhung der Innenenergis #U die Kettenreaktion anlassen kann. Solche Systeme haben eine Kurve wie in Fig. 1 dargestellt ist. Um eine Kettenreaktion in einem photographischen Verfahren benutzen zu können, mussen sie durch eine lichtempfindliche Erscheinung angelassen werden. Sie muss selektiv geregelt werden, so dass ein Bild hergestellt werden kann. Die erste Bedingung liegt naturgemäss bei einer grossen Anzahl photo-chemischer Kettenreaktionen vor (Synthese von HCl, Zersetzung von AgN3, usw.). Die zweite Bedingung lässt sich weniger leicht verwirklichen. Die Reagenzien können in gesonderte Körner in einem nicht wirksamen Medium oder Bindemittel vorteil werden, so dass die Kettenreaktion sich nicht von einem Korn auf das andere foretsetit (siehe Fig. 2), aber in diese. Falle soll das die Reaktion einsetzende lichtempfindliche Element in jedem Korn vorhanden sein. Es wäre vorteilhafter, die Wirksamkeit des Systems durch irgendeines -physikalisohe Mittel regeln zu können. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist, zu diesem Zweck Katalyse durch einen Halbleiter zu verwenden. Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine Reaktion begünstigt oder hemmt ohne sich daran chemisch zu beteiligen. Im allgemeinen besteht die Rolle eines Katalysators, zeitweilig Elektronen mit bestimmten Eneroieniveau der reagierenden Moleküle auszutauschen, wodurch zeitweilig Bindungen hergestellt werden, welche die Reaktion beschleunigen (positiver Katalysator) oder die Reaktion verhalten (negativer Katalysator). Im vorliegenden Fall, in dem eine Kettenreaktion geregelt werden soll, ist insbesondere der zweite Katalysator wichtig. Wenn der Katalysator ein Halbleiter ist, was im allgemeinen der Fall ist, verbinden sich die Elektronen in der Katalyse mit den Elektronenlöchern des Materials und diese Bindungen lassen sich dann durch physikalische Mittel regeln (elektrisches Feld, Belichtung).
• Nach der Erfindung haben diese Erwägungen zu einem schnellen photo~ graphischen Verfahren geführt, bei dem die Entwicklung sich erEbrigt In dem betreffenden System wird ein organisches, unstabiles Produkt I, das sich durch Kettenreaktion explosiv zersetzen kann, durch Adsorption an der Oberflache von Körnern a eines halbleitenden Katalysators C stabilisiert. Diese Kruer werden in einem organischen Bindemittel L dispergiert und in Form einer Emulsion auf einem leitenden Träger angebracht, was weiter unten näher erläutert wird (Fig. 2). In Abwesenheit des Lichtes und des elektrischen Feldes wird das empfindliche Material durch den Katalysator stabilisiert, so dass die Reaktion nicht stattfinden kann.
• Die gleiche Anwesenheit dieser zwei Faktoren (Licht und elektrisches Feld) verursacht das Verschwinden der Elektronenbindungen zwischen dem Katalysator und dem empfindlichen Material, das sioh unmittelbar durch eine auf jedes Korn begrenzte Kettenrekation zersetzt, Die hohe Quantue- ausbeute wird somit durch die Kettenreaktion erzielt und das Auflösungsverm8gen wird durch die Korngrösse bestimmt.
• In dem Verfahren nach der Erfindung wird in der empfindlichen Platte zum Photographieren eines Gegenstandes eine lichtempfindliche Emulsion verwendet, die ein Material enthält, das sich zersetzen oder eine Kettenreaktion hervorrufen kann, die durch Katalyse an einem Halbleiter geregelt oder gestoppt werden kann, welcher Halbleiter sioh in der unmittelbaren Nähe des Materials befindet, wobei die Kettenreaktion eine Farbänderung (vorzugsweise Sohwärzung) hervorruft.
• Es ist andererseits zu bevorzugen, dieses Material im festen Zustand zu verwenden und die Kettenreaktion im festen Zustand vorgehen zu lassen, so dass gemäss der Erfindung ein Material in der Gruppe der Sprengstoffe gewählt werden soll.
• Auf Grund der vorerwähnten Bedingungen ergibt diese Selektion die Möglichkeit, besonders wirksame Stoffe mit verhältnismässig einfacher Struktur wie Azide, Aoetylide, Nitride, Fulminate, usw. zu verwenden, z.B.: Cadmium-azid Cd(N3)2, Kupferazid CuN3, Bleiazid Pb(N3)2, Quecksilberazid Hg(N3)2, Silberazid AgN3 und Thalliumazid TIN3, Kupferacetylid Cu2C2, Silberacetylid Ag2C2, Silbernitrid Ag3N, Quecksilberfulimnat Hg(CNO)2 und Silberfulminat AgCNO.
• In all diesen Fällen werden die Materialien an der Oberfläche der Kerner des Halbleiterkatalystors adsorbiert der sie atabilislert.
• Die Untersuchungen der Elektronenstrukfur von Feststoffen haben den bisher nur empirisch bekannten katalytischen Mechanismus erklären können.
• Der Katalysator hat die Eigenschaft, Elektronenbindungen mit den Bestandteilen der Reaktion austausohen zu können. Diese Austauschungen können Dissoziation der Materialien hervorrufen oder, wenn die Moleküle des zu katalysierenden Produktes Doppel- oder Dreifachbindungen enthalten, kann eine dieser Bindungen unterbroohen und mit dem Katalysator zur Bindung gebracht werden.
• Im allgemeinen tritt bei einfachen Molekülen des gesattigten Typs (O2, H2, N2, usw.)zunächst Dissoziation auf.
• Die nicht gesättigten Moleküle sind durch ihre #-Elektronen wird sam ohne dass Abtrennung eintritt, während Elektronenpaare mit den Katalysator gebildet werden. Dies trifft insbesondere zu bei Ethylen auf Wickel, wie dies in den Fig. 3a oder 3b veranschaulicht ist, Dies gilt auch für Benzol (Fig. 3c).
• Die empirischen Rerstellungsverfahren der Katalysatoren (Förderer, Vorbehandlungen) dienen zur Einstellung der Elektronenniveaux der wirkeamen Phase und des Fermiive der Oberfläche des Katalysators.
• Weiterhin soll auoh der Valenssustand und die Elektronenpaarbildung der Atome in der Masse des Materials berücksichtigt werden. Dieser Zustand hängt insbesondere von der 8rtliohen Geometrie ab. In einer flachen, freien Oberfläche z.B. kEnnen nur Elektronenbahnen des dsp-Typs mit maximal 2 Elektronen in Richtung parallel zur Oberfläche oder auf das Innere der Masse des Katalysators auftreten: ee gibt keine freie sich nach aussen projizierende Valenz (Cu, Ag, Au). Es können auch nicht gesättigte Elektronenbahnen, insbesondere des d-Type auftreten, die schwache Bindungen bilden können, so dass Adsorption möglich ist (Ni, PB, Pt).
• Die Elektronenbabnen decken sich mit denen der absorbierten Moleküke, insbesondere bei niedriger Temperatur. Bei höherer Temperatur kann eine hinreichende Energiemenge vorhanden sein, um die Rückbildung der Elek- tronenbahnen zu ermöglichen, so dass stärkere Bindungen des chemischen Typs zwischen der wirksamen Phase und dem Katalysator entstehen kennen, Bei Halbleitern vollzieht sich die Chemisorption insbesondere durch leere Bahnen des d- oder d-s-p-Typs.
• Es eei noch der Einfluss eines äusseren elektrischen Feldes auf den Katalysator erläutert, der eine Bindung mit dem reaktiven Material ausgetauscht hat. Das Anlegen des elektrischen Feldes entspricht einer Verschiebung des Fermi-Niveaus nach oben (Fig. 4), was eine Erhöhung der Elektronenkonzentration in Richtung auf die Oberfläche bedeutet und die Wahrscheinlichkeit der Unterbrechung von " "Stabilisierungsbindungen" wird durch die Möglichkeit der Rekombination der Elektronen mit den diese Bindungen hervorrufenden Löchern erhöht. Auch die Erfahrung bestätigt, dass bei einem hinreichend hohen elektrischen Feld die Stabilisierungsbindungen verbrochen werden und die Kettenreaktion anfängt. Eine andere Ursache der Verbrechung dieser Art von Bindungen liegt in der Zufuhr von Photoelektronen, die in gleichen Sinne wirksam sind, inden sie sich mit den die Bindungen hervorrufenden Löchern rekombinieren. Diese zwei Faktoren (elektrisches Feld und Licht) sind somit in gleicher Weise wirksam und ihre gemeinsame Wirkung ermöglicht, zwei verinderliche in den Unterbreohungsme chanismus der Stabilisierungsbindungen einzuführen. Das Benutzen dieser Resultate bei einem photographischen Verfahren führt zu einer solchen Einstellung der Parameter des Systems, dass das photographische Mild lediglich in Anwesenheit der beiden Faktoren: Licht und elektrisches Feld erzeugt wird, Du elektrische Feld kann dabei als Schalter wirksam sein. Die Geschwindigkeit des Verfahrens wird dann nur durch die Geschwindigkeit der Erzeugung des elektrischen Feldes begrenzt, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Kettenreaktion bei der Umge- bungstemperatur nur einige Nanosekunden beträgt.
• Die lichtempfindliche Vorrichtung nach der Erfindung enthalt eine Emulsion lichtempfindlicher Körner bestehend aus einem Halbleiterkatalysator, der durch Adsorption von einer unstabilen Verbindung umgeben wird, welche Emulsion in Form einer denen Schicht zwischen einer durohsichtigen, leitenden Glasplatte, durch die das zu photographierende Bild projiziert wird, und einer Elektrodenmetallplatte angebracht ist, wobei die leitende Glasplatte und die Elektrodenplatte elektrisch mit einem Generator verbunden sind, der einen elektrischen Impuls hinreichende Intensität erzeugen kann, um die Kettenreaktion der lichtempfindlichen Körner einzuleiten.
• Die Erfindung wird beispielsweise an Hand beiliegender Zeichnung insbesondere Fig. 5 näher erläutert.
• In der Praxis zielt die Erfindung insbesondere auf die Herstellung photographischer Emulsionen ab, bei denen die regelbare Lichtzersetzung bestimmter Azide zum Erzeugen des Bildes benutzt wird. Die sich dazu am besten eignenden Stoffe sind Cadmium-, Blei- und Silberazid. Der Katalysator zur Stabilisierung und zur Regelung der Zersetzungsreaktion besteht aus dotiertem Titanoxyd.
• Die Azide werden in Anwesenheit des Katalysators TiO2 hergestellt und werden dadurch an der Oberfläche der Körner dieses Materials absorbiert. Nach mehreren aufeinanderfolgenden Waschvorgängen unter Abschluss von Licht werden die TiO2 Körner in einer Losung eines organischen Bindemittels (Eliolite S-7 oder Nylon) dispergiert und die erhaltene Emulsion w rd auf einen leitenden Trager B (Aluminiumfolie) ausgegossen, Diese empfindliche Schicht wird auf leitendem. Glas V angebraht und das Ganze wird an. der Stelle der photographischen Platte in - einer Kamera (Fig. 5) angebracht, die hier durch eine Linse 1 symbolisch dargestellt ist. Die leitende Oberfläche des Glases und des Emulsionsträgers (Aluminiuafolie) ist mit einer Quelle K kurzer Impulse verbunden, Um ein Bild herzustellen, genügt es, das zu photographierende Bild auf die empfindliohe Oberfläche zu fokussieren und den Generator K einen elektrischen Impuls zuführen ZU lassen, dessen Dauer von den Belichtungsverhältnissen abhängt. Das Bild erscheint sofort auf der photographischen Platte ohne dass irgendwelche Entwicklung notwendig ist. Das Bild braucht auoh nicht fiziert zu werden, da die Wahrscheinlichkeit einer gleichzeitigen Anwesenheit des Lichtes und des elektrischen Feldes verhältnismässig gering ist, Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt zunächst in der Geschwindigkeit. Es sei hier bemerkt, dass es vorteilhaft ist, einen Generator anzuwenden, der Impulse mit sehr kurzer Anstiegzeit erzeugt, so dass Belichtungszeiten der Gr5ssenordnung von einigen Zehn Nanosekunden erzielbar sind, Ein weiterer, wichtiger Vorteil ist die Entbehrlichkeit der Entwicklung und Fixierung.
• Weiterhin brauchen keine Blenden verwendet zu werden, da die Belichtungszeit gleich der Dauer des elektrischen Impulses ist.Es ist fe'ner m5glich, die Aufnahme mit dem zu photographierenden Gegenstand zu synohronisieren, was sich stets leichter mittels eines elektrischen ,Signals durchführen lSsst als mittels mechanischer Blenden.
• Das Verfahren wird vor allem für wissenschaftliche und militärische Zwecke verwendet werden. Infolge des Fehlens eines Entwioklungsvorgange und der geringen Abmessungen des Systems ist die Vorrichtung besonders gut zum Photographieren in Satalliten geeignet, sofern die erhaltene Bildschärfe und die Spektralempfindlichkeit dabei zutreffend sind.

Claims (4)

1. PATENTANSPRUECHE Schnelles Photographierverfahren dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Projizieren des Bildes eines Gegenstandes auf eine Schicht einer lichtempfindlichen Emulsion verwendet werden, die ein Material enthält, das sich zersetzen oder eine Kettenreaktion erzeugen kann, die geregelt oder gestoppt werden kann durch Katalyse auf einem Ealbleiter, der eng mit diesem Material verbunden ist, wobei die Kettenreaktion sich in Form einer Farbänderung (vorzugsweise Schwärzung) auswirkt, und dass Mittel zum Beeinflussen der Katalyse vorgesehen sind.
2. 2. Lichtempfindliche Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennseiohnet, dass sie ein flaches, lichtempfindliches Organ enthält, das durch eine Emulsion lichtempfindlicher Kerner gebildet wird, die aus einem Halbleiterkatalysator bestehen, der durch Adsorption von einer instabilen Verbindung umgeben wird, welche Emulsion in Form einer denen Schicht zwischen einer durchsichtigen, leitenen Glasplatte, durch die das zu photographierende Bild projiziert wird, und einer Elektrodenmetallplatte angebracht list, wobei ein Generator einen elektrischen Impuls hinreichender Intensität erzeugen kann, um die Kettenreaktion der lichtempfindlichen Kerner einzuleiten, wobei das leitende Glas und die Elektrodenplatte mit dem Generator verbunden sind.
3. 3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator aus dotiertem Titanoxyd n02 besteht'.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die unstabile Verbindung aus der Gruppen Cadmius- Blei-, Silbera:id, Kupferacetylid, Silberacetylid, Silbernitrid, Quecksilberfulminat und Silberfulminat, gewählt wird.

   Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiohnet, dass die von der unstabilen Verbindung adsorbierten Katalysatorkörner in einer Lösung eines orinischen Bindemittels adsorbiert sind.

   L e e r s e i t e