کرمهای ضدآفتاب نانویی چگونه کار مي‌کنند

[pesare baba 2250]

خلاصه مقاله:

صنايع آرايشي از اكسيدهاي غيرآلي، نظير اكسيد روي و تيتانيم، استفاده مي‌كنند، اما استفاده از اين اكسيدها به علت خاصيت سفيدكنندگي روي پوست محدود است. سفيدي به طور مستقيم با پخش نور رابطه دارد. به طور كلي با كاهش اندازة ذرات، شاهد افزايش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور كمترِ اشعه‌ها از بين ذرات) و كاهش پديدة سفيدي (به علت كاهش پديدة پخش نور) هستيم. به‌تازگي روش‌هاي گوناگون براي توليد نانوذرات، توسعه يافته‌ و بر صنعت کرم‌هاي ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.

1. سفيدي

وقتي ماده نوردهي شود، پديده‌هاي زير ديده مي‌شوند:

شكل 1: شِماي نور عبوري و انعكاس‌يافته از يك لاية نازك

1. عبور نور که منجر به گذشتن آن از ماده بدون هيچ تأثير متقابلي است؛

2. نورِ نافذ که منجر به پخش نور مي‌شود؛

3. انعکاس نور از سطح، مانند آنچه در آينه رخ مي‌دهد؛

4. انعکاس نفوذي که منجر به پخش نور از سطح مي‌شود.

در شکل 1 پديده‌هاي گفته‌شده نشان داده شده‌اند. اثر سفيدي ناشي از پخش نور به وسيلة ذرات ــ براي مثال در کِرِم‌ها ــ است. بنابراين، براي کاهش سفيدي بايد ميزان نور پخش‌شده را کم كرد.2. پخش نور و اندازة ذرات

شدت نور پخش‌شده به وسيلة يک تک‌ذره، تابعي از اندازة ذره است. همان‌طور كه در شكل 2 به‌روشني مشاهده مي‌شود، با افزايش اندازة ذرات، نور مرئي به علت برخورد با ذرات پخش مي‌شود و با برگشت نور به چشم، ذراتْ سفيد ديده مي‌شوند. بنابراين، براي کاهش تأثير سفيدي، کاهش اندازة دانه راهي است بسيار مؤثر.

شكل2: الف. نانوماده نور را بدون انحراف از خود عبور مي‌دهد، به همين خاطر نسبت به نور شفاف است.

ب. مواد با ذرات در ابعاد ميكرومتر نور را پراكنده مي‌كنند. بنابراين، نسبت به نور مات و نيمه‌شفاف‌اند و سفيد ديده مي‌شوند.

در شكل 3 ميزان پخش نور بر حسب اندازة دانه به نمايش درآمده و مشخص است كه با افزايش اندازة ذرات، ميزان پخش‌شوندگي نور بيشتر مي‌شود.

3. جذب اشعة ماوراي بنفش و بهترين اندازة ذره

نور ماوراي بنفش (UV) طول موج كمتر از نور مرئي و انرژي بيشتر از نور مرئي دارد. قرار گرفتن در مقابل تابش ماوراي بنفش از مهم‌ترين علل آسيب‌هاي پوستي و سرطان پوست است. به همين خاطر، جذب اين اشعه و ممانعت از رسيدن آن به پوست بدن موضوع تحقيق بسياري از مراكز علمي دنيا براي ساليان طولاني بوده است. جذب UV در مواد غيرآلي نظير TiO2 و ZnOناشي از دو اثر است:

الف ـ جذب فاصلة باند؛

ب ـ پخش نور UVالف ـ جذب فاصلة باندي

اکسيد روي و اکسيد تيتانيم نيمه‌هادي‌اند و به‌شدت نور UV را جذب و نور مرئي را عبور مي‌دهند. سازوكارِ جذب UV در اين مواد شامل مصرف انرژي فوتون براي تهييج الکترون از نوار ظرفيت به نوار رسانايي است.

[TABLE]

[TR]

[TD]فاصلة باندي يا «گپ انرژي» چيست؟

مي دانيم که اتم ها از ترازهاي انرژي تشکيل شده اند و اين ترازهاي انرژيِ حاوي الکترون، در جسم جامد تشکيل نوارهايي را مي دهند که الکترون‌ها در آنها قرار گرفته‌اند.

اما فضاهايي بين اين نوارهاي انرژي وجود دارند که هيچ نوار حاوي الکتروني نمي تواند در آنها جا بگيرد. اين فضاها را «فاصلة باندي» يا «گپ انرژي» مي گويند. در جامدهاي رسانا نوارهاي انرژي مي توانند پر، نيمه‌پر يا خالي از الکترون ــ که در اصطلاح «نوار رسانايي» ناميده مي شود ــ باشند. همچنين گپ انرژي آنها در مقايسه با نيمه‌هادی ها کوچک‌تر است. در نيمه‌هادي ها نوارهاي انرژي نيمه‌پر وجود ندارند و گپ انرژي آنها کمي بزرگ‌تر از رساناهاست. از همين رو، الکترون‌ها در رساناها و نيمه‌رساناها ميتوانند با گرفتن مقداري انرژيِ گرمايي ــ براي رساناها کم‌تر، براي نيمه‌رساناها بيش‌تر ــ برانگيختگي گرمايي پيدا كنند و از لايه هاي انرژيِ پُر به لايه هاي انرژيِ خالي بروند. اين عمل در نارساناها به علت بزرگ بودن گپ انرژي امکان ندارد.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

ZnO و TiO2 داراي انرژي باند ev3/3 تا ev4/3 مربوط به طول موج‌هاي تقريباً 365 نانومتر تا 380 نانومتر هستند. نورهاي زير اين طول موج‌ها انرژي کافي براي تحريك الکترون‌ها دارند. به بيان ساده، الكترون‌هاي اين ذرات انرژي نور UV را جذب مي‌كنند و از رسيدن اين امواج به پوست مانع مي‌شوند. پس ZnO و TiO2 داراي خاصيت شديد در جذب UV هستند و اگر به اندازة کافي کوچک باشند، شفافيت خوبي در برابر نور مرئي خواهند داشت.ب ـ اندازة دانة بهينه براي جذب UV

شكل 4: تأثير اندازة دانه بر عبور نور

با ريزتر شدن ذرات، علاوه بر اينكه در مسير نور UV ذرات بيشتري براي جذب فاصلة باند وجود دارند، نور UV بيشتر پخش خواهد شد. بنابراين، عبور اين نور كاهش مي يابد. جذب فاصلة باند به ‌طور کلي تابعي از تعداد اتم‌هايي است که در مسير نور UV قرار گرفته‌اند. بر اساس تحقيقات تجربي، با کاهش اندازة ذرات، به علت کم شدن فاصلة بين آنها براي عبور نور UV، شاهد عبور كم‌ترِ اين اشعه هستيم. اين موضوع در شکل شمارة 4 نشان داده شده است. با توجه به اين شكل، در محدودة نور فرابنفش (زير 400 نانومتر) با كاهش اندازة ذرات، عبور نور كمتر خواهد شد. همين پديده است كه متخصصان را به توليد محصولات ضدآفتاب با خاصيت جذب (SPF) بالاتر رهنمون شده است.

شكل 5: مقايسة تأثير متقابل نور در برابر اندازة ذرات مختلف

[azarafrooz 14221]

امین دستت درد نکنه اما شکلاش کو

[pesare baba 2250]

شرمنده الان برسی میکنم