Was ist Glas

Was ist Glas?
! nicht Kristallin
! anorganisches Schmelzprodukt
! transparent
! Tg = 2/3 Ts
! Nichgleichgewicht
! Eingefrorene unterkühlte Schmelze
! Gebrauchsbereich bis Tg
" V/T Diagramm
Welche Naturgläser gibt es?
! Obsidian #Vulkan
! Bims#Vulkan
! Fulgarite#Blitz
! Tektite#Meteor
Wie sieht der kurze Geschichtliche Ablauf aus?
! v. 5000 Jahren Ägypter (Glasperlen)
! 500 v. Chr. Gefäße (Herstellung mit sog. Sandkernen)
! 1.Jhd. v. Chr. Glasmacherpfeife (besseres Tigelmaterial)
! 3.Jhd. N. Chr. Römer mit den Diatret Gläser (statt Soda als Alkalirohst. Pottasche)
! erst 15.Jhd. farblose Gläser (Kristallglas mit Pb)
Welches sind die Glasrohstoffe?
! Sand (SiO2)
! Flussmittel (Schmelzpunktserniedrigung) (Na2CO3)
! Soda (Na2O)
! Kalkstein (CaCO3) # Kalk (CaO)
Welches sind die bekanntesten Gläser und Ihre Zusammensetzung?
! Kalk-Natronglas (KNG):
75%SiO2; 15%Na2O; 10%CaO; <2% Al2O3
! Boro-Silikat-Glas:
75%SiO2; 17%B2O3; Rest: Na2O; Al2O3
! Alumo-Silikat-Glas:
50% SiO2; 20% Al2O3; Rest: CaO; B2O3; MgO
Wie sieht die Struktur von Glas aus?
! Nahordnung
! Röntgenamorph nicht amorph
" Bragg Bild (Intensität auf sinΘ/λ)
! gleicher Bindungszustand wie Kristall
! man benötigt Netwerkbildner und evtl. Netzwerkwandler
! rKation/rAnion
o > 0,155 # KZ 3 trig. planar
o > 0,225 # KZ 4 tetraeder
o + SiO2
Wann wird Glas gebildet?
! polyedrische Raumgruppe
! nur über Ecken verbunden (sonst zuviel Symmetrie)
! ein Sauerstoff an nicht mehr als 2 Kationen gebunden
! Anion bildet die Brücken
! Mindestens 3 Ecken des Polyeders müssen Brücken bilden
1
Welche Stoffe sind Netzwerkbildner und welche Netzwerkwandler?
! Netzwerkbildner:
• Typ R2O5/RO2/R2O3
• SiO2/B2O3/P2O5
! Netzwerkwandler:
• Alkali/Erdalkalimetalle
Was bewirkt ein Netzwerkwandler?
! sprengt den geschlossenen Verband auf
! O2- ist Trennstellensauerstoff
! Grenze der Glasbildung: wenn nur noch 3 Ecken des Polyerdes verknüpft
! R20*SiO2 gibt lange Ketten aber Glasbildung gerade noch möglich
Wie charakterisiert man Glas?
! NMR Spektroskopie (Anzahl brückenbildender O und aus Bandenverschiebung
Anzahl freier Bindungen)
! UV / IR Absorption (Wassergehalt messbar)
! Reflexionssprektum
! Raman – Spektroskopie (Inelastische Streuung)
• Schwingung von Atomgruppierungen
• ω0±ωi bei Raleigh-Steuung nur ωo
" Bilder (Ramann Int.
auf wellenzahl)
! Dietzel Feldstärke
• Masszahl für Bindefestigkeit
• Formel: F=z1z2e2/a2
• Nur auf oxidische Systeme anwendbar da nur z/a2
• F gross # starkes Kation und umgekehrt
• 0,1-0,4 Netzwerkwandler
• 0,5-1 Zwischenoxid
• 1,4-2,0 Netzwerkwandler
• stabil bei ∆F>0,3 (Ausnahme SiO2=0,23)
" V-Phänomene:
therm. Ausd./spez. W./
Schmelztemp. auf z/a2
Wie sehen die Bindungsverhältnisse im Glas aus?
! immer Mischbindungen
! ionisch –kovalent:
" B-O 35%
" Si-O 41%
" Al-O 51%
" Ca-O 67%
" Na-O 70%
" K-O 72,5%
! gemischter Bindungszustand in SiO2
! dreidimensionales Netzwerk, Nahordnung, keine Fernordnung =
Netzwerkhypothese
! Si sp3 Hybrid
! rKation/rAnion bei SiO = 0,3 # KZ 4# Tetraeder
! metallisch + kovalent bei Se
2
Welche Beispiele für nicht silikatisch Gläser gibt es und wie sind deren Eigenschaften?
1.) Germanatglas (GeO2)
" 4 bindiger O
" gut im IR Bereich, gut durchlässig, da Ge schwerer als Si
2.) Phosphatglas (P2O5)
" 3 bindiger O
" geringere chem. Beständigkeit aber gute opt. Eigenschaften besser
als SiO2
3.) As2O3
" Giftig, Struktur wie P2O5
4.) Chalgogenidgläser
" S, Se, Te an Stelle von O
" Te als Anion
" Mit steigendem Atomgewicht des Anions nimmt die
Glasbildungstendenz ab und der metallische Bindungsanteil steigt
" Spez. Op. Und el. Eigenschaften
5.) Fluoridglas
" BeF2
" Giftig
" 9Modellglas mit ZrO2 in Forschung eingesetzt
6.) Nitridglas
" N für O # hohe chem. Bestädnigkeit, höhere Viskosität
" Si3N4 zersetzt bei 1700°C
7.) Metallische Gläser (∆ρ<1%)
" Hergestellt durch splat cooling / Bandziehverfahren
" Glasbildner (Cu,Ag;Fe,Co) 70-85%
" Glaswandler(B,Co,Si,Ge;P) 15-30%
" Hohe chem. Beständigkeit
" Geringe elektr. Leitfähigkeit
" Geringe Wärmeleitung
" Geringes E-Modul # Golfschläger
8.) Glasiger Kohlenstoff
" Amorphes C-Netzwerk
" Homogen
" Spröde
" Fest
" Gute chem. Beständigkeit wegen fehlender KG
Wie sehen die Hintergründe für Entmischung bei Gläsern aus und was ist Vycor Glas?
! Glasigkeit : 1/KG (Keimbildungsgeschw.)
! Sichtbar durch Abdruckpräparation# Schrägbedampfung mit Pt# Kontrast im
TEM
! Gibbs`sche Phasenregel: F=K-P+2
" Bild (spinodal/binodal)
! Vycor-Glas:
" Grosse SiO2 Tröpfchen(Durchdringungsgefüge)in B2O3 reicher
Matrix mit kleinen Natriumborat (Na2O) reichen Tröpfchen
" # auslaugen der Boratphase # SiO2 Gerüst # sintern zu
Kieselglas
" nur 1200-1500°C nötig anstelle von 2200°C
3
Welche Aussagen über Kristallisation kann man Treffen?
! unerwünscht
! läuft über Keimbildung und Keimwachstum ab
! Kristallisation aus der Schmelze erklärt man über die freie Enthalpie
∆G * f g + ∆QD
KB = An exp(
)
kT
1 ∆H
! KW = const.* *
* ∆T ;η = Viskosität ; ∆G = Akt.energie; ∆QD = Diff .energie
η T * TS
∆G = 4 / 3* π * r 3 ∆g v + 4* π * r 2 * γ
!
∂G
2 ⋅γ
= 0 → r∗ =
∂r
∆gV
" Bild (∆G auf r)
" Bild(KW;KB auf T)
! Finger auf Halogenlampe ruft durch NaCl Kristallisation hervor
! vKristallisation: KNG>BSG>Kieselglas
Was versteht man unter Glaskeramik?
! Ceran/Zerodur und Macor (Schichtstruktur # spanende Bearbeitung möglich)
! Macor (SiO2;Al2O3;B2O3;MgO;K2O;O;F)
! Ausdehnungen von Keramik und Glas heben sich auf
" Bild (T auf t)
! Kristallisation darf nicht schon während der Abk. vom Verformungsvorgang
einsetzen
o Unkontrollierte Kristallisation darf nicht auftreten
! TiO2 + SiO2
Was versteht man unter Viskosität?
! beschreibt die Fließfähigkeit eines Materials
! η ist klein bei Flüssigkeiten und groß bei Festkörpern
! Dynamische Viskosität: Einheit [Poise] früher [dPa*s] heute
! Es gibt kein Modell das die Viskosität komplett beschreibt # nicht Extrapolieren
! Innerhalb der Messpunkte gilt nach VFT (Vogel-Fulcher-Tamman)
log η=A+B/(T-T0)
! O substituiert durch N # η steigt
! Messsmethoden:
• Bis 105 Rotationsviskosimeter
• 105< η<109 Torsionsviskosimeter
• bis 1010 Fadenziehviskosimeter
• unter 600°C Balkenbeigeviskosimeter
" Bild (η auf T)
langes/kurzes Glas
! Bei RT η=1019dPa*s
! Verarbeitbar vor Flamme von 106 bis 109
! Steile Kurve # kurzes Glas, da wenig Zeit für Bearbeitung
4
! Der Wendepunkt der log η Kurve liegt bei rund 1013 dPa*s = Tg
" Bild (log η auf T)
T- Punkte
T-Bereich
log η [dPa*s]
Unterer Kühlpunkt
14,5
Oberer Kühlpunkt
13
Dilatometrischer Erweichungspunkt
11,3
Erweichungspunkt
7,6
Fließpunkt
5
Verarbeitungspunkt
4
Welche Herstellungsverfahren für Glas kennen Sie?
! 1 Hafenofen 1500°C entnehmen der Schmelze bei 1000-1100°C (nicht
kontinuierlich) # Glasbäser
! 2 Glaswanne von 1100 auf 1550°C und entnehmen bei 100°C (kontinuierlich)
! 3 Blas Blas Verfahren
! 4 Danner Verfahren
! 5 Fourcault Verfahren
! 6 Butzenscheiben
! 7 Floatglas Verfahren
" Bilder (Aufbau der
Verfahren)
Welches ist die theoretische Zugspannung von Glas und wie sehen die realen Verhältnisse
aus?
! spröde
! kein Abbau der Spannungsspitzen
! rein elastisches Verhalten
! σtheor=30GPa wegen der Atombindung, die geknackt werden müsste
! real 6x kleiner
! Grund ist die Oberfläche mit ihren Fehlern
! Makrorisse 100-1000µm 30-50MPa (Glasflasche)
! Mikrorisse 1 µm 80-150MPa (Flachglas)
! Glasfasern durch Ätzen größerer Krümmungsradius # 1-5GPa
! Griffith Theorie:
• σ wirk = 2* σ 0 * l / r
" Bild (σ auf ε)
Glas Gummi Metall
! Es liegen immer atomare Schädigungen auf der Oberfläche vor
# keine 30GPa
o Z.B lokale OH Gruppen auf Oberfläche sind verändert
Material
Zugfestigkeit [MPa]
E-Modul [GPa]
Glasfaser
5000
~150
C-Faser
2500
~150
Hochleg.Stahl
2000
~150
Glasscheibe
100
~150
Glasflasche
40
~150
PET
200
3
5
Wie sieht die Bruchausbreitung in Glas aus?
! Bruch erreicht durch eine beschleunigte Bewegung die Schallgeschwindigkeit und
läuft dann wellig weg
! Techn. Glas v=1500m/s
! Kieselglas v=2500m/s
! σ2 * l = const
! bei Rissausbreitung entstehen zwei Oberflächen # Oberflächenenergie muss
aufgebracht werden
2* E * γ
o beide Energien wirken gegenläufig # σ kr =
π *l
! hohe Kompressibilität, da Risse geschlossen werden
Was ist die Weibull Statistik und wozu wird sie verwendet?
! Weibull Verteilung und Modul sind Hilfsmittel zur Abschätzung der
Bruchgefährdung
! Ausfallsverteilung rißbehafteter Proben in Abh. Von der Belastung
! ln(ln(1/(1-P))=m*ln(σBruch)
" Bild (Verteilungsfkt.)
" Bild
(Bruchwahrsch. auf
Festigkeit
! je steiler die Kurve desto besser der Werkstoff
! zulegieren von RmOn beeinflusst die Eigenschaften
Wie hängen Schubmodul(G) Elastizitätsmodul(E) und Kompressionsmodul zusammen?
∆d
µ= d
∆l
! über die Poisson-Zahl
l
E = 2*(1 + µ ) * G = 3*(1 − 2µ ) * K
! Festigkeit hängt von der Feldstärke des Kations ab (E+K2O<E+Na2O)
! Je weniger Trennsauerstoff desto größer das Dehnmodul
Wie hängen Spannung und Doppelbrechung im Glas zusammen?
! Spannungen verursachen Doppelbrechung im Glas
"
!
!
!
!
!
!
Bild (Deformation des
Anion bzw. des
Kations)
Anion wird in Spannungsrichtung verformt Kation senkrecht dazu
Doppelbrechung ist der angelegten Spannungprop.: D=C*S
D=n2-n1
1(nm/cm)*(cm2/kp)=1,02Brewster
Gläser mit 0-Brewster (viel PbO) = Pockels Glas
Unter polarisiertem Licht sieht man Spannungen in Gläsern
6
Wie sieht die Härte bei Glas aus?
! große Bedeutung aber schwer messbar
! Mikrohärte/ Schleifhärte
o Ritzen (Glas=6)
o Eindruckhärte (Vickers/Knoopdiamant)
• HV = 0,1891* F / d 2
! mit steigender Viskosität steigt die Härte
! je mehr Netzwerkwandler desto mehr plastische Verformung
! Diamanteindrücke # kleine Eindrücke (bogenförmig und heilen aus)
# große Eindrücke hinterlassen Ränder
! Bei großen Scherkräften verhält sich Glas nicht mehr Newtonsch # pl. Verform.
Wie sieht der thermische Ausdehnungskoeffizient von Glas aus?
Material
KNG
BSG
Kieselglas
Weichglas
Hartglas
Therm. Ausdehnungskoeff [*10-6/K]
8
3
0,5
>6
<6
! Fügen von Glas: Glasübergang von verschiedenen Ausdehnungskoeff., da
∆α<0,3*10-6/K
! Ca,Na,K erhöhen α, Zr4+,B3+,F,Ti4+ erniedrigen α
! Temperaturwechselbeständigkeit:
(1 − µ )
∆T = σ z *
*λ * f
α *E
" σ z = Zugfestigkeit
µ = Querkontraktion
f = Wärmeübergangsfaktor
! KNG:120K
! Dünnwandiges Glas besser beständig als dickes Glas
Wie sieht die spez. Wärme von Glas aus?
! Bereich von 0,5#1J/g*K; Temperaturabhängig
! H=U+pV/G=H-TS/F=U-TS/dU=dW+dQ=-PdV+TdS
Was versteht man unter Oberflächenspannungen im Glas?
! σ = Oberflächenenergie/neue Oberfläche (J/m2) (Energie für neue Oberfläche)
Material
Oberflächenspannung [mN/m]
Ethanol
25
B2O3
70
Wasser
72
Glas
300
Hg
485
Al
800
Tenside
10-20
7
Woraus resultiert die Oberflächenspannung?
! Teilchen werden überall durch benachbarte Teilchen angezogen # Gesamtkraft=0
! Teilchen an der Oberfläche haben eine resultierende Kraft nach Innen
# Oberflächenspannung
Wie misst man diese Oberflächenspannung?
! ruhende Tropfen Methode
• aus geschliffenem Platinrohr mit Radius r wir ein Tropfen
abgesetzt
• Vermessung des Tropfens # Benetzungswinkel #
Oberflächenspannung
• Φ>90° keine Benetzung
! Blasendruckmethode
• Es werden Luftblasen in flüssiges Glas durch ein Pt-Rohr
geblasen und bei Radius r des Pt-Rohres reißt diese ab
• Aus erforderlichem Druck berechnet man die
Oberflächenspannung
( p − g *l * ρ)
σ =r
•
2
l = Eintauchtiefe
Wie sieht es mit der Beständigkeit von Glas aus?
! beständig gegen Wasser Säuren, Laugen org. Flüssigkeiten, Oxalate, Citrate etc.
! Säurebeständigkeit
o Reiner Ionenaustausch
o Ausbildung einer Gelschicht
o ∆m = k * t
o DIN12116
" 300cm2 Oberfl. ∆m nach 6h in 6 normaler HCl
o Säurebeständigkeit steigt mit Ca/Al/B/Mg/Zn/Pb/Zr
" Verfestigung des Glasnetzwerks
o Nicht beständig gegen HF
! Laugenbeständigkeit
o Nicht so beständig wie gegen Säuren
o Auch Kieselglas wird angegriffen
o ∆m = k * t
o Laugenbeständigkeit steigt mit Ca/Al/B/Mg/Zn/Pb/Zr
! Wasserangriff
o ∆m = k1 t + k2 * t
! bei Doppelverglasung tritt bei Wassereintritt eine Trübung auf
o Gelschicht wird durch Vibrationen immer wieder zerst
Säureklasse
Laugenklasse
Hydrol. Kl.
1
Säurebest.
1
Schwach
1
Lauge löslich
2
Schwach
2
Mäßig
2
Säure löslich
Lauge löslich
3
Mäßig
3
Stark
3
Säure löslich
Lauge löslich
4
stark
4/5
Säure löslich
8
Welche Reaktionen erfolgen in einer Glasschmelze?
! chemische (Ionenbildung)+ physikalische (Einlagerung in Hohlräume)
! mit steigender Temperatur sinkt die Gaslöslichkeit
o Gasblasen in Schmelze = reboil
! Viel O2# grünstich
! Nachbehandlungstemperatur muss kleiner sein als Schmelztemperatur damit kein
Gas mehr entsteht # geringes reboil
Wie kann man Gaseinschlüsse messen?
! Aufbrechen + Massenspektrometer
! Ramann-Streuung durch Laser auf Blase
Wie sieht es mit der thermischen Leitfähigkeit von Gläsern aus?
! T<Tg als Gebrauchstemperatur
! T < Tg: Gebrauchsglas: λ klein
! T > Tg: Schmelze: λ groß
! dQ = −λeff . ⋅ A ⋅ dT ; A= Fläche
dT
!
dx
λeff . = λg + λe + λStrahlung
λg = Schwingungen der Atome = Phononen( Bei Glas gering da keine Gitterstruktur )
λe = Elektronenwärmeleitung ( Bei Glas rund 0 da keine freien Elektronen )
λStrahlung = wegen Transparenz Hauptanteil bei Glas
! Phononen:
- Welle die durch ein Kristall hindurchgehen kann
- Welle geht umso besser hindurch, je ungestörter der Kristall ist
! Phononenstreuung:
- durch Fehler ( Fehlstellen, grosse Substitutionen ...)
- Anwendung : Unterscheidung Zr – EK <-> Diamant über Wärmeleitung
! im Glas ist Gitter extrem gestört => λg sehr gering
1
3
λe = L ⋅ T ⋅ σ e ; L = Lorenzzahl ( 1<L<3) ; T = Temp. ; σ e = el. Leitf.
16
λSt = ⋅ σ ⋅ n 2 ⋅ T 3 ⋅ lSt ; σ = Stefan-Bolzman-Konstante ; n = Brechungsindex
3
lSt = mittlere freie Weglänge der Photonen
n und lSt gelten für die Wellenlängen der Wärmestrahlung die im Infraroten liegt
bie RT ist λSt nur sehr gering
Glasfaser für Wärmeisolation durch Vakuum und Erogel
An einem Glasstab sind die Enden heißer als die Seiten wegen Wärmestrahlung
o Bewegung der Luft behindert # Wärmedämmung
λg = ⋅ c p ⋅ v p ⋅ l p ; l p = freie Weglänge
!
!
!
!
9
Wie kann man sich die elektrische Leitfähigkeit von Gläsern erklären?
! die ionisch gebundenen Kationen der Netzwerkwandler haben eine gewisse
Beweglichkeit und können so zur Stromleitung beitragen
! Ion muss 1 wertig sein und einen kleines Ionenradius haben (Na+,Ag+,Cu+,H+)
! Durch thermische Aktivierung erfolgt die Stromleitung
! Hopping (Potentialwall wir überwunden)oder Tummeln
! T>5000°C KNG # Ionenleitung
! Wegen Korngrenzen keine allg. Aussagen bezgl. Kristall möglich
! a im Glas größer
" Bild (Energie auf
Abstand)
σ el = σ Ionen + σ Elektronen
! σ el ~ 1/ a
aGlas > aKristall aber: durch KG wKr . > wGlas
! Oberflächenleitfähigkeit dominiert wegen Reaktion mit
Umgebungsfeuchtigkeit
! ITO: Beschichtung auf Glas (Pb)
Wo wird dieses Phänomen eingesetzt?
! Erhitzen der Glasschmelze
• durch T Erhöhung nimmt Strom immer mehr zu
o Begrenzung durch Vorwiderstand
! Glas:
$ Elektrowannen pH-Elektrode
$ Halbleiter (Phosphatglas + V3+#V4+)
! Glas + Keramik:
$ Batterie, hochtemp. Batterie (200-300°C)
! Keramik (Glas):
$ Brennstoffzelle
Wie sehen die optischen Eigenschaften von Gläsern aus?
! mit steigender Dichte steigt n
$ wird optisch dichter
! Dielektrische Konstante:
! ε! = ε '+ i ⋅ ε ''
! wir kennen: Brechungsindex
Absorptionskonstante
Absorptionskoeffizient
!
n
k
α
ε ' = n2 − k 2
ε '' = 2 ⋅ n ⋅ k (Verluste)
im sichtbaren Bereich :
ε '' = 0 ⇒ k = 0 ⇒ ε ' = n 2
!
n=
c1 n2 sin α1
= =
c2 n1 sin α 2
! Transmission:
I
= exp ( −α ⋅ d )
I0
10
Wann tritt Reflexion ein?
! Reflexion: ( unter senkrechter Einstrahlung ):
2
 n −1 
R=
 gilt für kleine Winkel
 n +1
! Totalreflexion 1
R=0 # Brewsterwinkel
= sin α
n
Was ist Dispersion?
! Dispersion:
Im Vakuum sind die Geschwindigkeiten für alle Wellenlängen gleich
dn
im Medium nicht # Dispersion
normalerweise : λ↑ => n↓
dλ
Wie charakterisiert man Gläser?
! Abbe-Zahl:
Zur Charakterisierung von Gläsern verwendet man die Brechzahlen für 3
grün
bestimmte Wellenlängen
"
ne − 1
νR =
nF ' − ne '
# #
blau
rot
! früher hatte man keinen Laser um monochromatisches Licht herzustellen
% man benutzte best. Wellenlängen verschiedener Elemente
ne =546,1 nm Hg-grün
ne ' =643,8 nm Cd-rot
nF ' =486 nm Wasserstoff
! Abbe-Zahl ↓ => n ↑ und umgekehrt
Wie kann man den Brechungsindex messen?
! Abbe-Refraktometer:
Bestimmung der Brechzahl durch Messung des Grenzwinkels der
Totalreflexion
∆n = 1 ⋅10−5....2 ⋅10 −4
Je länger der Tubus desto besser die Auflösung
! Jelly-Refraktometer ∆n = 10 −2
Wie ist die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl?
dn
dn
! n(t) Glas :
= 10−5 // Flüssigkeit:
= 10−4
dT
dT
% bei Abbe-Refraktometer muss die Temperatur sehr genau gehalten
werden ∆T < 0,1°C
Was sind die besten Linsen?
! Beugungsbegrenzte Linsen
% im CD-Spieler sind solche allerdings nur für die entsprechenden
Wellenlänge
! Photoobjektive sind nie Beugungsbegrenzt
Was ist Trübglas?
! durch einbringen kleiner Partikel verursacht man and diesen Streuung des
Lichtes ( n1 ≠ n2 )# milchiges Glas
11
Welche Wellenlänge benutzt man zur Spektroskopie?
! IR-Bereich # Anregung von Molekülen zum Schwingen
Welche Spektoskopiemethoden gibt es?
! dispersive Spektroskopie
$ durchstimmbare monochromatische Strahler notwendig
$ gibt es nicht # Filter /Gitter /Prismen zum Aufspalten des
Spektrums
$ monochromatisches Licht
$ I(Frequenz)
! Inteferenz-Spektroskopie
$ Energievorteil: höhere Intensität zum Detektor
$ Multiplexvorteil: das Signal Rausch Verhältnis wächst prop. zu
N= Anzahl an Messungen
N
Wie lautet das Kirchhoff`sche Gesetz:
• A+T+R=1
Wie sehen die Absorptionskanten der Gläser aus?
SiO2
B2O3
UV - Kante
160 – 200 nm
200 – 250 nm
Max IR –
9 µm
Absorption
IR – Kante
7,5 µm
4 – 5 µm
P2O5
< 150 nm
GeO2
350 – 400 nm
11 µm
10,5 µm
5 – 6 µm
! Wellenlängen <190nm Absorbiert bereits Luft
o messen unter Vakuum
Wie kann man Gläser einfärben?
! Ionenfärbung:
! bei Nebengruppenelementen ( 1. und 2. Periode)
! bei Lanthaniden
• Farbe abhängig vom Element
• Von der Wertigkeit
• Von der KOZ
o Co2+ ist in KOZ=4 blau (KNG)
o Co2+ ist in KOZ=6 rosa (BSG)
Ti
N
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
+2:
IV blau
+2:
IV blau
VI rosa
+2:
IV rosa
VI gelb
+2:
IV gelb
VI blau
nur schw.
Farben
+3 blau
grün
+4 farblos +3 blau
braun
+5 farblos
+3 grün
+6 gelb
+2:
IV gelb
VI orange
+3 violett
+3:
IV gelb
VI rosa
12
& Wertigkeit:
durch Redox-Reaktionen aufgrund von Lichteinfall kann sich
die Absorption ändern
= Solarisation
U2O72- : gelborange
UO22+ : gelbgrün mit überlagerter Fluoreszenz
Seltene Erden: zeigen Linienspektren => schmale Absorptionsbanden
" man kann Fluoreszenz machen
" man kann Laser herstellen
3+
3+
Bsp.: Nd , Pr , Didym
! Anlauf-Färbung : = quantum site effect
• die Eigenschaften der Teilchen ändern sich mit
zunehmender Verkleinerung + Teilchen sind halbleitend
" Absorptionseigenschaften ändern sich
•
•
1
r2
r ↓↓ ( 2nm ) => Eg ↑↑ => gelb
Absorptionskante Eg ∝
r ( 10 – 20 nm ) => rot
•
die ausfallenden Teilchen sollen alle möglichst gleich
groß sein
Die Steilheit der Absorptions- bzw. Transmissionskurve
hängt von der Gleichmäßigkeit der Teilchen ab
• Steilheit ↑ bei ↑ Gleichmäßigkeit
Bsp. CdS als Pulver wird in Glas bis zur Sättigung gelöst
% durch Tempern erhält man Keime mit gl. Durchmesser
! Rubin-Färbung: (3000 Jahre alt )
$ Färbung lauft hier über Streuung
Au : Goldrubin => rot
Cu: Kupferrubin => rot
Nano – Pt, Pd
=> grau ( uninteressant )
Bsp:
K2O-CaO-SiO2 oder K2O-CPbO-SiO2 + AgCl3 +
Reduktionsmittel + Stabilisator
Problem:
∅-Kontrolle + exakte T-Kontrolle
∅ zu groß => Glas wird lebrig => Farbe von Reflexion von Gold
! Photochemie:
AgBr <-> Ag + Br
hν gelb-braun
+ CeO2 : Reaktion wird verbessert/
Strahlungsschädigung: Reaktionen durch Bestrahlung
13

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