Lezione 3: Giocare con la luce Flashcards
Quali definizioni di luce esistono?
- Maxwell: .la luce è un’onda elettromagnetica caratterizzata da una frequenza, lunghezza d’onda, velocità, direzione di propagazione.
- Newton: la luce è considerata come un insieme di particelle (fotoni) con energia quantizzata.
In che modo la radiazione elettromagnetica interagisce con la materia?
-Assorbimento
-Riflessione
-Trasmissione
Le diverse componenti devono essere ottimizzate a seconda dell’applicazione finale del nostro dispositivo ottico
Descrivi il fenomeno dello scattering o diffusione
Questo fenomeno dipende fortemente dalla lunghezza d’onda della luce. Diventa molto importante nei materiali trasparenti per ottica. La qualità superficiale ha un grosso effetto sulla diffusione. La superficie e il suo stato, giocano un ruolo fondamentale nel determinare le proprietà ottiche e di diffusione della luce (liscia o rugosa).
Come si comportano gli isolanti/dielettrici
I materiali isolanti hanno solo elettroni legati, possiamo immaginarli come se fossero legati al nucleo da molle. Possiamo distinguere 4 zone:
I) Materiale trasparente
II) Materiale opaco (assorbe) III) Materiale riflettente
IV) Materiale trasparente
Tipicamente i materiali isolanti hanno delle finestre di trasparenza nell’UV-vis-NIR
Come si comportano i metalli
l metallo e’ caratterizzato da elettroni liberi che interagiscono con la radiazione.
Il metallo presenta anche elettroni legati che si comportano come molle. La frequenza di plasma cade nell’UV. Siccome però esistono anche elettroni legati la situazione si complica, quindi oltre a bianco caldo/freddo si hanno altri colori come rosso e giallo. Tipicamente i metalli sono opachi riflettenti a frequenza minori dell’UV.
Parla di riflessione e rifrazione
Quando la radiazione passa da un mezzo ad un altro si ha che una parte viene riflessa e una parte trasmessa. Se la radiazione incidente e’ policromatica, si ha una scomposizione della luce nelle sue componenti (prisma) SUCCEDE NEI CRISTALLI.
Se passo da un mezzo con n grande a un mezzo con n piccolo, posso avere riflessione totale. Il materiale più riflettente è il diamante (alto numero di rifrazione n). L’indice di rifrazione dipende dalla lunghezza d’onda della luce. Colori diversi verranno quindi rifratti ad angoli diversi. La dispersione è espressa dal numero di Abbe’.
Esempio interessante: Hot mirrors riflettono IR e trasmettono visibile, cold mirrors trasmettono IR e riflettono visibile. Gli specchi metallici sono molto utili se si vogliono riflettere ampi intervalli di lunghezza d’onda, sono sicuramente adatti per l’infrarosso. In generale buone prestazioni/basso costo.
Parla dell’assorbimento
Se il materiale ha, ad una certa frequenza, la parte immaginaria dell’indice di rifrazione diversa da 0, allora esso assorbe quella radiazione. Se ciò capita nel visibile si ha che il materiale assume un determinato colore.
Parlando di materali fotocromici, qual è la loro applicazione in oftalmica?
Vengono utilizzati per realizzare lenti da occhiale che si scuriscono quando incontrano i raggi solari. Il cambiamento è molto veloce, ma non si possono realizzare molteplici colori: grigio o marrone, in modo da non avere alterazioni di colori. Oggigiorno vengono realizzate in plastica. Si ottengono per polimerizzazione in stampo addittivando il colorante. La velocità di decolorazione dipende dalla temperatura. Sono dispositivi PASSIVI.
Parla dell’elettrocromismo
Si utilizza uno stimolo elettrico per far avvenire il cambio di colore.
Le molecole elettrocromiche cambiano struttura chimica grazie al passaggio di una corrente elettrica. Il materiale elettrocromico è depositato sugli elettrodi.
In questo caso non serve mantenere la tensione per mantenere il colore. Almeno un elettrodo deve essere trasparente.
Se invece il materiale attivo si trova nell’elettrolita, il dispositivo va sempre tenuto in tensione per evitare la decolorazione. Sono disponibili sia materiali organici sia inorganici, il materiale in questione può avere diversi stati di ossidazione a cui competono diversi colori. Non sono sistemi veloci, i tempi dipendono da diversi fattori.
In cosa consistono le smart windows?
Questo tipo di “finestra” ha la proprietà di cambiare la propria trasparenza alla luce in modo controllato, in genere attraverso l’applicazione di una corrente elettrica. L’effetto non è soltanto estetico: permette di risparmiare energia per l’illuminazione e per il condizionamento termico. In questo caso tutti e due gli elettrodi devono essere trasparenti.
Quali tipologie di tecnologie esistono per smart windows?
- Elettrocromiche: uso per esterni, tempo di transizione lungo. Deve essere installato per forza come vetro intero. Non vanno bene per privacy perchè puoi comunque vederci attraverso anche a transizione completata.
- PDLC: sia per interni che esterni, il cambiamento avviene in un secondo. Sono disponibili come film da applicare su vetri già esistenti e permettono totale privacy perchè sono completamente opachi.
Parla del termocromismo.
Si ha una variazione di colore reversibile con la temperatura (esiste una T soglia per la transizione). Solitamente il materiale passa da colorato ad
incolore aumentando T. Esistono anche opzioni irreversibili come sistemi di sicurezza.
Cosa si intende per materiali termotropici?
Si può avere un effetto di variazione di trasparenza con la temperature sfruttando la modulazione della diffusione della luce come già visto nel caso elettrocromico. In questo caso non si ha assorbimento, ma transizione trasparente – bianco. Questi materiali sono cristalli liquidi che passano da ordinati a disordinati.
Tramite emissione di luce, in quali modi è possibile ottenere luce colorata?
Emettendo direttamente luce colorata oppure applicando un filtro su luce bianca.
Cosa avviene quando un materiale ha assorbito radiazione elettromagnetica? (fluo/fosfo)
Dovrà dissipare l’energia accumulata. Questo può avvenire in diversi modi:
- Rilassamento termico (il materiale si scalda);
- Emissione di radiazione elettromagnetica (fluo e fosoforescenza);
L’emissione avviene sempre a lunghezze d’onda maggiori. La differenza sostanziale tra la fluorescenza e la fosforescenza sono i tempi caratteristici: fluorescenza 10-9 – 10-7 s, fosforescenza 10-4 – 104 s.
Parla dei LED.
Il loro principio di funzionamento è quello di un diodo. Richiedono un campo elettrico affinchè avvenga trasporto di carica. Applicando un campo elettrico, gli e- e le buche si muovono in direzione opposta. All’interfaccia si ha una ricombinazione radiativa che porta all’emissione di un fotone di energia pari al gap energetico. Sono sorgenti di luce puntiformi, quindi bisogna studiare bene il diffusore di luce.
I tempi di risposta sono brevissimi, usati per segnaletica di emergenza. Sono facilmente integrabili e hanno tempi di vita molto lunghi ma hanno spesso potenza limitata e richiedono alimentazione adatta.
Parla degli OLED/PLED
Sono materiali organici con strutture simili a quelle viste per i fotocromici. In questo caso deve essere probabile il fenomeno della fluorescenza. Questi materiali possono essere polimeri o molecole piccole. A differenza dei LED (puntiformi) questi sono PIASTRE.
Quali sono i principali tipi di display esistenti?
- LCD: sorgente luminosa ianca, con filtri RGB per determinare il colore. Necessita però di una sorgente luminosa sempre accesa. Inoltre ha tempi di risposta lenti ed un angolo di visione ridotto.
- OLED: non necessita di una sorgente sempre accesa, inoltre ha consumi ridotti, un angolo di visione migliore ed è leggero e molto più sottile. E’ anche composto da meno strati quindi più economico oltre ad avere migliori performance.
