شیشه ضد انعکاس
شیشه ضد انعکاس یا روکش آنتی‌رفلکس (به انگلیسی: Anti-reflective coating) در پاره‌ای از کاربردهای معماری، انعکاس نور از شیشه‌ها، عاملی نامطلوب تلقی شده و از کیفیت زیبایی شناختی و آسایش حرارتی فضا می‌کاهد. همان گونه که در علم فیزیک ثابت می‌شود، هنگامی که امواج به سطوح می‌رسند، بسته به امواج و ویژگی‌های سطح، به سه دسته منشعب می‌شوند. مقداری از امواج از جسم گذر کرده و رد می‌شوند، بخش دیگر به آن جذب می‌شوند و مقداری از امواج نیز از روی سطح، بازتابیده می‌شوند. گذر نور از میان اجسام شفاف مانند شیشه یا پلاستیک، که بخشی از نور برخورد کرده به خود را منعکس می‌کنند، به وسیله حجم نور بازتابیده شده محدود می‌شود. در بهترین حالت شیشه اجازه می‌دهد حداکثر ۹۰ درصد نور تابیده شده عبور کند. این پدیده به سبب تفاوت ضریب شکست شیشه و هوا رخ می‌دهد و بنابراین مهم‌ترین عامل در بروز این پدیده، ضریب شکست محیط‌ها است.[1][2]
یکی از روش‌های مقرون به صرفه که برای ساخت شیشه‌های ضد انعکاس استفاده می‌شود، بهره‌گیری از اثر چشم شب پره‌است. بررسی قرنیه چشم شب پره‌ها که بیشتر در شب فعال هستند، حکایت از وجود ساختاری در چشم این حشرات داشت که انعکاس نور را کاهش می‌دهد. انستیتوی فرانهوفر در کشور آلمان، ساختاری مشابه آن را تولید و توسعه داده که می‌توان آن را به روش قالب‌گیری تزریقی یا دیگر روش‌های روکش کاری بر روی شیشه اعمال کرد. با استفاده از روش‌هایی شبیه به منبت کاری گرم، می‌توان شفافیت دیداری شیشه را تا بیش از ۹۸درصد و شفافیت پلاستیک ها(مانند شیشه‌های آکریلیک) را تا بیش از ۹۹درصد ارتقا داد. با این روش، علاوه بر بهبود خواص عدم انعکاس شیشه، ویژگی‌های ضد الکتریسیته ساکن و دفع کثیفی آن نیز بهبود پیدا می‌کند.[1][3]
کاربردها
روکش‌های آنتی‌رفلکس برای موارد زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند جایی که نور از سطح دیداری می‌گذرد و وجود اتلاف کم یا انعکاس کم مطلوب است. مثال‌ها عبارتند از روکش‌های ضددرخشندگی بر روی عدسی‌های اصلاحی و عدسی‌های دوربین.
عدسی‌های اصلاحی
سازندگان عینک از "عدسی‌های آنتی‌رفلکس" استفاده می‌کنند زیرا کاهش انعکاس باعث می‌شود آن‌ها دید بهتری داشته باشند، و درخشندگی کمتری را به وجود می‌آورند، که این امر به خصوص در هنگام رانندگی در شب یا کار در جلوی مانیتور کامپیوتر قابل توجه است. کاهش درخشندگی به این معنی است که فرد استفاده کننده از عینک احساس خستگی کمتری در چشمان خود، به خصوص در پایان روز دارد. در صورتی که نور بیشتری از عدسی‌ها عبور کند، مغایرت و در نتیجه هوش دیداری افزایش می‌یابد. عدسی‌های آنتی‌رفلکس التهاب چشمی نباید با لنزهای پلاریزه که درخشندگی قابل رؤیت بازتاب نور خورشید از سطوحی مانند ماسه، آب و جاده‌ها را (بوسیله جذب) کاهش می‌دهند، اشتباه گرفته شوند. عبارت «آنتی‌رفلکس» به به انعکاس از سطح خود لنز مربوط می‌شود، نه منبع نوری که به عدسی‌ها رسیده است.
بسیاری از لنزهای آنتی‌رفلکس دارای روکش اضافی‌ای نیز هستند که آب و چربی را دفع می‌کند، و تمیز نگه داشتن آن‌ها را آسان‌تر می‌سازد. روکش‌های آنتی‌رفلکس به‌طور خاص در عدسی‌های دارای شاخصه بالا قرار می‌گیرند. چرا که این عدسی‌ها نور بیشتری را بدون روکش بازتاب می‌کنند تا عدسی‌های دارای شاخصه کم (نتیجه معادلات Fresnel). به‌طور کلی روکش کردن لنزهای دارای شاخصه بالا آسان‌تر و ارزان‌تر است.
دوربین عکسبرداری
روکش‌های آنتی‌رفلکس غالباً در دوربین‌های عکسبرداری میکروالکترونیک استفاده می‌شوند تا به کاهش انحرافات تصویر مربوط به بازتاب‌های سطح لایه کمک کنند. روکش‌های آنتی‌رفلکس مختلفی قبل یا بعد از پایدار ساختن عکس مورد استفاده قرار می‌گیرند و به کاهش امواج مقاوم، تداخل فیلم باریک و بازتاب‌های آینه طبی کمک می‌کنند.
تطبیق- شاخصه
ساده‌ترین شکل روکش آنتی‌رفلکس توسط Lord Rayleigh در سال ۱۸۸۶ کشف شد. به دلیل واکنش‌های شیمیایی با محیط، با گذشت زمان کدری سطح شیشه نوری افزایش می‌یابد. Rayleigh بعضی از شیشه‌های قدیمی و به نسبت کدر را مورد آزمایش قرار داد و به‌طور شگفت‌انگیزی دریافت که آن‌ها نور بیشتری را نسبت به قطعه‌های جدید و تمیز انتقال می‌دهند. کدری با دو واسطه رابطه هوا با شیشه را از بین می‌برد: رابطه هوا- کدری. چون کدری بین شیشه و هوا شاخصه‌ای بازتابی دارد، هر کدام از این واسطه‌ها بازتاب کمتری را نسبت به واسطه هوا-شیشه نشان می‌دهد. در حقیقت، کل دو بازتاب کمتر از واسطه هوا- شیشه "naked" است، در حالیکه برای تلاقی نزدیک به حالت طبیعی بازتاب متناسب با مجذور اختلاف در شاخصه بازتابی است.
تداخل تک لایه
ساده‌ترین روکش تداخل AR از لایه یک چهارم موج ماده شفاف تشکیل شده است که شاخصه بازتابی آن مجذور ریشه شاخصه بازتابی لایه زیرین است؛ این مورد به صورت تئوریکی انعکاس صفر در طول موج مرکزی را نشان می‌دهد و انعکاس برای طول‌موج‌های موجود در محدوده گسترده اطراف مرکز را کاهش می‌دهد. معمول‌ترین نوع شیشه نوری، شیشه crown است، که شاخصه بازتاب حدود ۵۲ را دارد. روکش تک لایه مطلوب باید از ماده‌ای با شاخصه ۲۳/۱ ساخته شود. متأسفانه، چنین مواد جامدی با این شاخصه بازتابی کم وجود ندارند. بهترین مواد با مشخصه‌های فیزیکی خوب برای روکش فلورید منیزیم، MgF2 (با شاخصه ۳۸/۱) و فلوروپلیمرها (که می‌توانند شاخصه‌های کمی همانند ۳۰/۱ داشته باشند اما بکار بردن آن‌ها دشوار است) است. MgF2 بر روی سطح شیشه crown، در مقایسه با ۴٪ برای شیشه ساده، بازتاب حدود ۱٪ را دارد. MgF2 عملکرد بهتری بر روی شیشه‌های دارای شاخصه بالاتر دارند، به خصوص شیشه‌هایی با شاخصه بازتاب نزدیک به ۹/۱. روکش‌های MgF2 معمولاً چون ارزان‌قیمت هستند استفاده می‌شوند و زمانی که برای طول‌موج در میانه محدوده قابل رؤیت طراحی می‌شوند، آنتی‌رفلکس خوبی را در کل آن محدوده نشان می‌دهند. محققان فیلم‌هایی از ذرات نانوسیلیکا مزوپور با شاخصه‌های انکساری کمتر از ۱۲/۱ تولید کرده‌اند، که به عنوان روکش‌های آنتی‌رفلکس عمل می‌کنند.
تداخل چندلایه
با استفاده از لایه‌های متغیر ماده دارای شاخصه کم مانند سیلیکا و ماده دارای شاخصه بالاتر، بدست آوردن بازتاب‌های کمتر از ۱/۰٪ در یک طول موج امکان‌پذیر است. روکش‌هایی که دارای بازتاب بسیار کم در محدوده گسترده باشند را نیز می‌توان ساخت، اگرچه آن‌ها پیچیده و به نسبت گران‌قیمت هستند. روکش‌های نوری را همچنین می‌توان با مشخصه‌های خاصی همچون بازتاب نزدیک به صفر در چندین طول موج یا عملکرد مطلوب در زاویه‌های تلاقی غیر از صفر درجه ساخت.
جاذب
گروه دیگر روکش‌های آنتی‌رفلکس "ARC جاذب" نامیده می‌شود. این روکش‌ها در موقعیت‌هایی که انتقال بالا در یک سطح غیرمهم یا نامطلوب است، سودمند هستند اما به بازتاب کمتر نیاز داریم. آن‌ها می‌توانند بازتاب بسیار کم با لایه‌های کم تولید کنند و غالباً می‌توانند روکش‌های ارزان‌تر یا در مقیاس بزرگتر نسبت به روکش‌های استاندارد غیرجاذب AR بسازند. "ARCهای جاذب" غالباً از مشخصه‌های نوری غیرمعمول نشان داده شده در ترکیب لایه های نازک استفاده کرده‌اند. برای مثال، نیترید تیتانیوم و نیترید نیوبیوم در ARCهای جاذب بکار می‌روند. این مواد می‌توانند در کاربردهای نیازمند به افزایش مقایسه یا جابجایی برای شیشه سایه‌دار (برای مثال در نمایش CRT) سودمند باشند.
چشم حشرات
چشمان حشرات مشخصه غیرمعمولی دارند. سطح آن‌ها با فیلم غیرساختاری طبیعی که بازتاب‌ها را حذف می‌کند پوشانده شده‌است. این موضوع باعث می‌شود حشره در تاریکی بتواند به خوبی ببیند بدون اینکه بازتاب‌هایی از مکان حشره به چشم شکارچیان برسد. این ساختار از الگوی پنج ضلعی برآمدگی‌ها تشکیل شده‌است، که هر کدام به نسبت nm200 طول دارند و در nm300 مراکز قرار گرفته‌اند. این نوع روکش آنتی‌رفلکس عملکرد لازم را دارد زیرا برآمدگی‌ها کوچکتر از طول‌موج نور مرئی هستند، بنابراین نور از آن‌جایی که شیب شاخصه بازتابی بین هوا و محیط را دارد به سطح می‌رسد، که با از بین بردن مؤثر رابطه هوا-عدسی بازتاب کاهش پیدا می‌کند. فیلم‌های آنتی‌رفلکس کاربردی توسط انسان‌ها با استفاده از این اثر ساخته می‌شوند.
قطبش‌دهنده مدور
قطبش‌دهنده مدور لایه‌لایه در سطح را می‌توان برای حذف بازتاب‌ها مورد استفاده قرار داد. قطبش‌دهنده مدور نور را با یک chirality دوقطبی مدور انتقال می‌دهد. نور بازتاب شده از سطح بعد از قطبش‌دهنده به "سمت" مخالف تغییرشکل داده می‌شود. این نور نمی‌تواند از طریق قطبش‌دهنده مدور برگشت داده شود زیرا chirality آن تغییر کرده‌است (برای مثال از قطبش‌دهنده مدور سمت راست به قطبش‌دهنده مدور سمت چپ)
تئوری
دو دلیل جداگانه از اثرات نوری به دلیل روکش‌ها وجود دارد، غالباً اثرات فیلم ضخیم و فیلم باریک نامیده می‌شوند. اثرات فیلم ضخیم به دلیل تفاوت در شاخصه بازتاب بین لایه‌های بالا و پائین روکش (یا فیلم) به وجود آمده‌اند؛ در ساده‌ترین حالت، این سه لایه هوا، روکش و شیشه هستند. روکش‌های فیلم ضخیم به چگونگی ضخامت روکش بستگی دارند، بنابراین روکش بسیار ضخیم‌تر از طول موج نور است. اثرات فیلم باریک زمانی به وجود می‌آیند که ضخامت روکش تقریباً مشابه با یک چهارم یا نصف طول موج نور باشد. در این حالت، انعکاس‌های منبع پایدار نور می‌توانند برای اضافه کردن قدرت تخریب ایجاد شوند و از این رو به وسیلهٔ مکانیزمی جداگانه انعکاس‌ها را کاهش می‌دهند. علاوه بر اینکه به ضخامت فیلم و طول موج نور زیاد ارتباط دارند، روکش‌های باریک فیلم به زاویه‌ای بستگی دارند که نور به سطح پوشیده شده برخورد کرده‌است.
پانویس
- گلابچی محمود، تقی زاده کتایون، سروش نیا احسان. نانو فناوری در معماری و مهندسی ساختمان. تهران: انتشارات دانشگاه تهران۱۳۹۰
- Block V.L,(2002): The Use of Glass in Buildings,ASTM Stock Number: STP1434 1st edition, USA, ASTM International.
- Mann S.(2006): Nanotechnology and Construction, Report of Nanoforum (European Nanotechnology Gateway),UK.
منابع
- گلابچی، محمود (۱۳۹۰). نانو فناوری در معماری و مهندسی ساختمان. تهران: دانشگاه تهران.
- Block، V.L (۲۰۰۲). The Use of Glass in Buildings. USA: ASTM International.
- Mann، S (۲۰۰۶). Nanotechnology and Construction, Report of Nanoforum (European Nanotechnology Gateway). UK.