Konsep dan Mekanisme Material Photochromic
1. Reaksi Photochromic
Kaca Photochromic terdiri dari molekul-molekul mikrokristalin dari perak halide, biasanya perak chloride. Sementara versi lensa plastiknya berdasar pada molekul organik photochromic (oxazines dan naphthopyrans) untuk memperoleh efek perubahan warna gelap. Molekul-molekul tersebut transparan terhadap cahaya visible tanpa adanya sinar ultraviolet tanpa radiasi UV. Sehingga di bawah sumber cahaya buatan yang hanya memancarkan cahaya visible lensa kacamata ini akan tampak jernih dan transparan.
Namun bila terekspos sinar UV, seperti sinar matahari, lensa akan berubah lebih gelap.
Gambar 1.1 Reaksi Photochromics
Reaksi photochromic bersifat reversible. Artinya jika seseorang masuk kembali ke dalam ruangan maka lensa akan kembali jernih dan transparan. Absennya sinar UV menyebabkan bentuk molekul kembali seperti semula menyebabkan sifat mengabsorbsi cahaya visible akan berkurang dan hilang. Proses ini berlangsung cepat dan spontan.
2. Suhu dan Pengaruhnya Terhadap Teknologi Photochromics
Molekul dalam teknologi photochromic bekerja dengan cara bereaksi terhadap sinar UV. Namun, suhu dapat memengaruhi waktu reaksi molekul ini. Ketika lensa dalam keadaan dingin, molekul akan mulai bergerak secara perlahan. Ini artinya diperlukan waktu lebih lama agar lensa berubah dari gelap ke bening. Ketika lensa dalam keadaan panas, gerakan molekul lebih cepat dan semakin reaktif. Ini artinya lensa akan berubah balik secara lebih cepat. Sama artinya ketika seseorang berada di luar dalam kondisi cuaca cerah dan panas, namun duduk di bawah naungan, lensa akan lebih cepat mendeteksi hilangnya sinar UV dan melakukan perubahan warna. Sebaliknya, jika
seseorang berada di luar saat cuaca cerah namun kondisi sedang dingin, lalu pindah ke tempat teduh, lensa akan beradaptasi lebih lambat dibanding ketika cuaca sedang panas.
3. Reaksi Kimia pada Material Photochromics a. Lensa Photochromic dan Reaksi Redoks:
Pada lensa photochromic, kristal perak klorida (AgCl) dan tembaga (I) klorida (CuCl) ditambahkan selama pembuatan kaca. Kristal ini menjadi seragam pada kaca. Salah satu karakteristik dari perak klorida adalah kerentanannya terhadap oksidasi dan reduksi oleh cahaya.
Cl- ---> Cl + e- oxidation
Ag+ + e- ---> Ag reduction
Ion klorida dioksidasi untuk menghasilkan atom klorin dan elektron. Elektron kemudian ditransfer ke ion perak untuk menghasilkan atom perak. Atom-atom ini berkumpul bersama dan menghalangi transmitansi cahaya, menyebabkan lensa menjadi gelap. Proses ini reversibel yang memungkinkan lensa menjadi transparan kembali. Kehadiran tembaga (I) klorida membalikkan proses yang gelap. Bila lensa dilepaskan dari cahaya, reaksi berikut terjadi:
Cl + Cu+ ---> Cu+2+ Cl-
Atom klorin yang terbentuk oleh paparan sinar berkurang oleh ion tembaga, yang mencegah pelepasannya sebagai atom gas. Ion tembaga (+1) dioksidasi untuk menghasilkan ion tembaga (+2), yang kemudian bereaksi dengan atom perak:
Cu+2+ Ag ---> Cu+1+ Ag+
Efek dari reaksi ini adalah bahwa lensa menjadi transparan lagi karena atom perak dan klorida dikonversi ke keadaan teroksidasi dan reduksi semula.
b. Photochromic dan Prinsip Le Chateliers
AgCl + energy ↔ Ag+ + Cl- (clear) (dark)
Ketika sesorang pergi ke luar, ada cahaya yang lebih kuat (energi) daripada di dalamnya, oleh karena itu keseimbangan bergeser ke kanan dan kacanya gelap. Ketika seseorang masuk kembali ke dalam, ada sedikit cahaya (energi) yang kurang kuat daripada di luar, oleh karena itu keseimbangan bergeser ke kiri dan kaca meringankan (menjadi jelas).
c. Photochromic dan Laju Reaksi
Jumlah cahaya, jenis radiasi, suhu lensa, dan ketebalan lensa adalah semua faktor yang mempengaruhi laju reaksi di mana lensa photochromic berubah dari keadaan jelas ke warna gelap, dan membalikkan kembali ke keadaan jelas.
Jumlah cahaya
Akan terjadi warna gelap jauh lebih cepat pada cuaca cerah dibandingkan dengan kondisi mendung. Hal ini karena lebih banyak cahaya yang tersedia yang menyebabkan laju reaksi meningkat.
Jenis radiasi
Panjang gelombang yang berada dalam wilayah UVA dan biru dari spektrum cahaya tampak. Bila ada sejumlah besar panjang gelombang besar, laju reaksi meningkat dan lensa photochromic semakin gelap.
Suhu lensa
Performa lensa photochromic meningkat seiring suhu lensa yang menurun. Bila sudah dingin, laju reaksi meningkat dan bila sudah hangat, lajunya akan menurun.
Ketebalan lensa-
Bila lensa photochromic lebih tebal, ada kepadatan dan konsentrasi yang lebih besar dari molekul halida perak. Hal ini memungkinkan reaksi terjadi lebih cepat yang menyebabkan lensa menjadi lebih gelap lebih cepat daripada jika lensa lebih tipis.
Gambar 1.2 Aplikasi Material Photochromics
