Жидкое стекло область применения: Область применения и методы использования жидкого стекла

Жидкое стекло. Применение в строительстве — ВикиСтрой

Жидкое стекло: что это такое, сфера применения

Жидкое стекло или, как его по-другому называют, силикатный клей, представляет собой водно-щелочной раствор силикатных солей калия или натрия. Его получают различными способами. Как правило, путем воздействия раствора всех перечисленных компонентов на материал, содержащий кремнезем в условиях постоянной температуры. Другой способ — это обжиг смеси кварцевого песка и соды. В результате получают вещество, вязкое по своей структуре и обладающее хорошими водоотталкивающими и адгезивными свойствами.

Жидкое стекло чаще всего применяют для выполнения таких работ:

• гидроизоляция различных поверхностей, в частности, стен, полов, потолков, перекрытий, фундаментов, цоколей, а также бассейнов, колодцев и других емкостей. Для этого жидкое стекло смешивают в равных пропорциях с цементом, песком и водой;
• антикоррозийная обработка металлов в комбинации с цементом;
• огнезащита и антисептирование деревянных конструкций;
• изготовление огнеупорного состава для дымоходов, каминов, печей и т.  д.;
• склейка между собой бумаги, картона, дерева, стекла, фарфора и т. д.;
• как компонент для изготовления краски для фасадов зданий.

Достоинства и недостатки жидкого стекла

Жидкое стекло, помимо гидроизолирующих свойств, обладает массой других достоинств, а именно:

• абсолютная безопасность и экологичность;
• огнестойкость;
• хорошая проникающая способность;
• высокая адгезия;
• низкий уровень теплопроводности, что позволяет использовать его и для теплоизоляции;
• антисептическое действие, поэтому этот материал нашел свое применение в садоводстве при обработке деревьев, в отделочных работах для борьбы с грибком и плесенью и т. д.;
• хорошая эластичность при высыхании, благодаря чему при усадке дома целостность гидроизоляции не нарушается;
• относительно доступная стоимость;
• возможность применения даже в условиях чрезмерной влажности.

Стоит также заметить, что данное вещество имеет большую скорость высыхания, поэтому для работы с ним необходим определенный опыт.

Разновидность и характеристика жидкого стекла

В зависимости от своего состава жидкое стекло подразделяется на два вида.

Натриевое жидкое стекло — его основу составляет силикат натрия. Данное вещество обладает хорошими клеящими способностями, отлично взаимодействует с различными минералами. Такой материал можно применять в любых климатических условиях. Его используют в процессе армирования фундаментов, в производстве бытовой химии, изделий из стекла, бумаги, фарфора, в качестве антисептика и т. д.

Калиевое жидкое стекло — производится на основе нитрата калия. Обладает аналогичными свойствами, что и предыдущий вид, а именно стойкостью к повышенной влаге, воздействию кислот, атмосферным явлениям и т. д. Однако в отличие от натриевого жидкого стекла, калиевое не образует бликов на обрабатываемой поверхности. Благодаря этому его применяют при проведении наружных малярных работ, в производстве малярных или силикатных красок и т. д.

Особенности работы с жидким стеклом

Жидкое стекло можно найти в продаже в готовых смесях, которые предназначены для выполнения того или иного вида работ. Это наиболее удобный вариант, так как ничего не нужно разводить. Однако стоимость таких составов достаточно высока для простого обывателя. Поэтому чаще всего используют отдельные компоненты (цемент, бетон, песок и другие добавки), которые между собой смешивают в определенных пропорциях в зависимости от вида работ. Причем необходимо строго им следовать, чтобы достичь желаемого результата. Густоту консистенции регулируют с помощью воды. Если в процессе работы раствор загустел, его можно разбавить небольшим количеством воды.

При работе с таким материалом, как жидкое стекло, для защиты открытых участков тела специалисты рекомендуют одевать спецодежду, перчатки для рук и очки для защиты глаз.

Брызги конечно можно удалить механическим способом, однако от наиболее крупных загрязнений не так просто избавиться. Поэтому лучше соблюдать аккуратность. Прежде чем приступать к нанесению состава, обрабатываемую поверхность нужно как следует подготовить: очистить от пыли, грязи, жира, тщательно высушить и только потом производить обработку.

Делают это при помощи кисти или пульверизатора в зависимости от вида работ. Причем все должно происходить оперативно, так как жидкое стекло имеет свойство быстро схватываться. Неопытный мастер может просто испортить материал. Наносят жидкое стекло равномерно по всей поверхности. Его глубина пропитки должна быть больше двух сантиметров, состав наносят в несколько слоев, каждому из которых нужно дать хорошо просохнуть в течение получаса. Такое покрытие эксперты рекомендуют обновлять каждые 3–5 лет.

Рекомендации по выбору жидкого стекла

На рынке жидкое стекло можно встретить в составе большинства уже готовых строительных смесей. Что касается правильного выбора жидкого стекла в чистом виде, то в этом вопросе не должно возникнуть никаких трудностей, так как дорогие или более дешевые составы различных производителей практически ничем не отличаются между собой. Поэтому можно отдать предпочтение любому из них. Единственное, на что стоит обратить свое внимание — это вид жидкого стекла и его предназначение. Как уже упоминалось выше, калиевое жидкое стекло более вязкое по своей структуре, поэтому оно лучше всего подойдет для пропитки и гидроизоляции фундаментов. А вот натриевые составы лучше выбирать для гидроизоляции всех остальных объектов, а также окраски фасадов зданий и т. д.

Таким образом, жидкое стекло — это доступное средство для выполнения целого комплекса работ, как в строительстве, так и других областях народного хозяйства. Для получения качественного результата необходимо иметь определенные навыки и опыт.

рмнт.ру

27.10.15

виды, сфера применения, достоинства и недостатки

Современный рынок строительных материалов изобилует всевозможными смесями, содержащими сложные активные добавки. Однако среди всего этого есть материалы, которые остаются популярными веками например жидкое стекло – один из них. Его в строительстве применяют повсеместно, а иногда его и вовсе нечем заменить. Одно из достоинств – низкая себестоимость, что также является фактором выбора миллионов строителей по всему миру. Каждый, кто хочет стать профессионалом в строительстве, должен уметь им пользоваться.

Содержание

1. Жидкое стекло: история возникновения и состав
2. Характеристики жидкого стекла
3. Виды жидкого стекла
4. Жидкое натриевое стекло
5. Жидкое калиевое стекло
6. Область применения
7. Применения в строительстве
8. Применение в строительных смесях
9. Как приготовить раствор с жидким стеклом
10. Применение в быту
11. Преимущества и недостатки
12. Инструкция по обработке поверхностей жидким стеклом
13. Можно ли изготовить жидкое стекло самостоятельно

Жидкое стекло: история возникновения и состав

Что такое жидкое стекло вы можете не знать, но пользовался им каждый. Хотя бы раз вам приходилось пользоваться силикатным клеем. Он продается в любом магазине канцелярских товаров. А ведь это и оно и есть. Удивительно то, что более двухсот лет тому назад люди разработали состав, который по сей день не менялся. А родиной изобретения является Германия. Там жил химик Ян Непомук фон Фукс, который занимался изучением силикатов и их свойств. Именно он смешал щелочной силикат с кремниевой кислотой.

В результате реакции наблюдалось схватывания смеси. Итог – формирование вязкой субстанции. Но если ее оставить на открытом воздухе, образуется твердое вещество, похожее на стекло, так как остается прозрачным. Однако производственный процесс выглядит сложнее, ведь составляющие приходится получать дополнительно. В чистом виде в природе они не встречаются. Требовалось разогреть кварцевый песок до полного расплавления. Применялись стеклоплавильные печи. Но после добавляли уголь и соду (сульфат натрия).

Состав жидкого стекла до сих пор неизменен. Однако печи стали усовершенствованные. Сейчас это автоклав, где точка кипения субстанции выше, что позволяет добиться лучших характеристик готового продукта. Но главное, что спустя два века эта технология до сих пор работает, и заменять ее другой, более дорогостоящей нет смысла. Жидкое стекло – это материал, используемый не только в строительстве. Есть масса производств, где требуется улучшить качество производимой продукции, и оно прекрасно дает это сделать практически без удорожания.

Характеристики жидкого стекла

Есть целый перечень достоинств данного материала. В список входит:

1. Гидрофобность. После застывания не боится воды. Поэтому обработанные поверхности не поддаются воздействию влаги, коррозии, гниению.
2. Антистатичность. Будучи твердым не электризуется. Если нанести смесь на поверхность детали, она обреете антистатические свойства.
3. Термоизоляция. Малая тепловодность – причина уникального свойства сохранят тепло. Поэтому часто добавляют жидкое стекло в раствор (кладочный, для стяжки).
4. Огнеупорность. Это способность нейтрализовать действие высоких температур. Сам материал не горит, не токсичен, химически нейтрален, экологически безопасен.
5. Антисептичность. Это действительно антисептик. В жидком состоянии смесь убивает паразитов, и не дает им появиться в течение срока эксплуатации конструкции.

Среди сфер использования жидкого стекла применение в строительстве и промышленности определяется способностью заполнять нежелательные пустоты. Раковины, трещины, пазухи, заполненные силикатом, не увеличиваются со временем, не аккумулируют воду, и как следствие сохраняет морозостойкость монолита, если речь идет о бетонной поверхности.

Виды жидкого стекла

Принципиально состав может отличаться только вводимой добавкой, которую изготавливают на основе натрия, калия или лития. Соответственно различают и три различных типа продукции. Свойства жидкого стекла (калиевого K2O(SiO2)n, натриевого Na2O(SiO2)n, литиевого Li2O(SiO2)n) отличаются. Литий используется редко.

Основными являются два первых вида. Именно их можно встретить на прилавках строймаркетов. Именно они используются в строительстве и даже в быту. Поэтому необходимо рассмотреть данные типы более детально, и научиться распознавать, в каких случаях требуется то или иное соединение.

Жидкое натриевое стекло

При таком составе субстанция отличается повышенной вязкостью. Визуально он отличается неярко выраженным сероватым оттенком без видимых включений. Благодаря вяжущим свойствам одной из сфер применения является производство различных клеев, которые используют для организации гидроизоляционного покрытия. Как работать с жидким стеклом знает каждый профессиональный строитель. И, если нужно дополнительно защитить конструктив от влаги и воды, этот материал незаменим. Более того, железобетонная конструкция становится огнеупорной, и ее прочность повышается.

Жидкое калиевое стекло

Этот вид стал бы прекрасной альтернативой, если бы не более высокая стоимость производства. Смесь также тягучая, вязкая, клейкая. Только теперь она имеет едва заметный зеленоватый оттенок. Себестоимость повышается из-за сложности работы с калиевыми соединениями. С другой стороны этот состав обладает отличными бактерицидными свойствами. Материал не является благоприятной средой для поселения грибков, плесени, бактерий. Кроме того, благодаря химической нейтральности применение жидкого стекла в строительстве обусловлено необходимостью защитить сооружения от дождя, воздействию агрессивных сред, тумана, росы и т.д. Лакокрасочная продукция с этим компонентом отличается особым глянцем и блеском.

Область применения

Абсолютно естественно, что такой широкий спектр достоинства нашел применение в различных сферах деятельности человека. Сейчас обширное использование жидкое стекло нашло в таких областях:

1. Черная металлургия. Изготавливают, например, керамические флюсы и литейные формы. Электроды для электросварки обрабатывают именно силикатом. А при производстве сплавов жидкое стекло – связующий компонент.
2. Машиностроение. Часто требуется антипригарное лакокрасочное покрытие. Деликатные соединения также обеспечиваются с помощью этого клейкого вещества. Краска на жидком стекле формирует на поверхности антинагарный слой.
3. Строительная сфера. Производят жароупорные материалы (бетоны и растворы), цеолиты и катализаторы.
4. Химическое производство. Лаки и краски – только вершина айсберга. Даже в стиральном порошке есть этот компонент, как и в большинстве чистящих и моющих средств. А конструкции, работающие в кислой среде, нуждаются в дополнительной защите, что также обеспечивается силикатами.
5. Циллюлозно-бумажное производство. В данном случае применение силиката необходимо для склеивания, а также выпуска глянцевой гладкой бумаги.

Применение жидкого стекла в быту заключается не только в использовании силикатного клея для бумажных листов. Делая ремонт, каждый, кто желает придать конструкциям дополнительную прочность, влагозащитность, бактериальную безопасность, жаростойкость, обязательно покупает этот компонент.

Применения в строительстве

Если говорить о конкретных этапах возведения конструкций, применяется жидкое стекло для следующих видов работ:

1. Устройство гидроизоляции подземных коммуникаций (тоннелей, колодцев). Вы сможете уберечь подвал и цокольный этаж от воздействия влаги.
2. Защита фундамента от грунтовых вод в случае их неглубокого залегания.
3. Организация гидроизоляции перекрытий и наружных стен.
4. Укладка декоративного покрытия – керамической, кафельной плитки.
5. Устройство бассейна, искусственного водоема, резервуара.
6. Затирка шва между кирпичом, камнем, керамогранитом, облицовочной плиткой.
7. Изоляция колодцев с питьевой водой. Не появляется грибок, плесень.

 

Даже отмостка вокруг дома или дорожки на приусадебном участке прослужат на 8-10 лет дольше, так как раствор обретет гидрозащиту, что послужит причиной увеличения морозостойкости.

Когда для кладки используется жидкое стекло, способ применения заключается в том, что при условии сохранения правильных пропорций оно вводится в состав кладочного цементно-песчаного раствора. Тогда даже при сильном нагреве, как в случае с каминной кладкой, швы не растрескаются.

Если же требуется покрыть деревянные конструкции, его смешивают с окисью хрома, охрой или суриком. Такое покрытие не выцветает под действием влаги и не выгорает на солнце. Когда же требуется покрыть поверхность пленкой, делают водный раствор.

Применение в строительных смесях

Большой популярностью пользуются бетоны и растворы, в состав которых входит данный компонент. Цементно-песчаная смесь может использоваться для следующих видов общестроительных работ:

1. Обработка несущих конструкция, перегородок, пола и потолка на этажах, расположенных на минусовой отметке.
2. Устройство фундамента, цокольного этажа зданий, находящихся на участке вблизи водоемов или там, где на небольшой глубине залегают грунтовые воды.
3. Строительство сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности: бани, сауны, бассейны, искусственные водоемы.

Также благодаря характеристикам жидкого стекла его успешно применяют при выкладке и облицовке дымоходов. Высоких температур оно не боится. Раствор не трескается, труба не сыпется, не трескается.

Как приготовить раствор с жидким стеклом

Решив использовать жидкое стекло как обязательный компонент строительной смеси, необходимо придерживаться технологии приготовления раствора. При этом главным фактором является его целевое назначение:

1. Гидроизоляция. На одну меру песка берут столько же цемента, и столько же силикатного клея. При этом важно сразу же добавить воды и вымесить раствор до однородной консистенции. Застывает он быстро, и выработать придется всего за 10-15 минут. Потом он схватится. Поэтому большой объем не делают.
2. Грунтовка. Цемент с силикатом смешивают 1:1. Тут же добавляют воду, постоянно перемешивая смесь. При этом она должна быть достаточно жидкой, чтобы можно было работать кисточкой или валиком. В итоге на поверхности образуется водонепроницаемая пленка, препятствующая действию воды.
3. Антисептик. Просто добавьте в стекло воды в пропорции один к одному. Сразу после вымешивания смесь можно наносить на деревянные, бетонные, кирпичные конструкции, что позволит защитить их от действия вредоносных микроорганизмов, плесени, грибка.
4. Огнеупорный раствор. На одну долю портландцемента М500 Д0 необходимо израсходовать три доли речного промытого песка. Туда же вводят две доли силикатного клея. После затворения водой раствор готов к применению. Некоторые печники заменяют часть кварцевого песка динасовым или шамотным.
5. Смесь для укрепления конструкций. На 1 литр чистой воды приходится 0,4 кг жидкого стекла. После полного растворения полученное вещество наносят кистью или валиком на бетонную конструкцию послойно. Количество слоев – от 3 до 5. Перед нанесением следующего основе дают полностью просохнуть.

Чтобы субстанция была однородной, используйте строительный миксер или как минимум дрель со специальной насадкой для перемешивания. Руками это можно не успеть сделать, так как ввод жидкого стекла приводит к сокращению времени схватывания.

Применение в быту

При производстве сантехнических работ важно, чтобы все соединения были герметичны. Жидкое стекло – отличный герметик. Просто нанесите его на резьбу или фланец, соедините элементы, закрутите резьбу, удерживайте их в одном положении в течение нескольких минут. Так можно сделать герметичным водопровод и канализацию. Ограничение – газовые трубы. Здесь лучше пользоваться специализированными методами.

Также можно на силикат клеить, например, линолеум. Многие пользуются ПВА или Бустилатом, но они не в состоянии защитить от бактерий, грибка, плесени. В больших залах для торжеств, в театрах и других местах, где есть массивные шторы, текстиль обрабатывают стеклом, что не только защищает ткань от пыли, сохраняя привлекательный внешний вид. Силикат не горит, и в случае возгорания не даст шторам вспыхнуть.

В некоторых случаях лучше именно этим клеем соединять изделия из глины или керамики, деревянных брусков, кожи, резины, картона, фанеры, листов ДВП или ДСП. Даже посуду можно чистить стеклом (жидким, естественно). Для этого разведите его водой в пропорциях 25:1, опустите пригоревшую сковороду, кипятите 2 часа. Затем счистите отставший нагар обычной губкой. Если нужно очистить фарфор или стекло, время кипения уменьшают до 10 минут.

К числу достоинств относится:

1. Способность проникать в микроскопические щели, трещины и раковины обрабатываемой поверхности.
2. Стоимость минимальна. Если даже использоваться силикат в качестве добавки, это незначительно увеличивает себестоимость.
3. Срок, в течение которого сохраняются защитные свойства – 5 лет. Если же нанесено несколько слоев, этот период увеличивается до 8-10 лет.
4. Высокая адгезия позволят применять данный материал в условиях повышенной влажности.
5. Обеспечивает дополнительную прочность, не позволяя ей снижаться под действием агрессивных сред.

Кроме того, этот материал является одним из самых безопасных с экологической точки зрения. Однако есть и ряд недостатков:

1. Слой покрытия хрупкий, подвержен излому при деформации.
2. Запрещается обработка предметов изготовленных из органического сырья.
3. Поверх силиката не получится качественно нанести краску.

Быстрое схватывание – не всегда хороший фактор, а работать приходится быстро, что требует определенного навыка и сноровки.

Инструкция по обработке поверхностей жидким стеклом

Обрабатываемый объект необходимо подготовить. Счищается грязь и пыль. Если пришлось мыть, поверхности дают просохнуть. Разводят грунтовку, как сказано ранее и наносят состав кистью или валиком. Повторяют процедуру. Второй слой укладывается после полного высыхания первого. Приготавливают гидрозащитный раствор и нанося его на всю поверхность. Затем вымывают руки с мылом. До этого все нужно делать в перчатках.

Можно ли изготовить жидкое стекло самостоятельно

Более того, что это можно сделать, так еще и способ не один:

1. Измельчите селикогель, разведите порошок водой. Результат будет очень похож на готовое жидкое стекло из магазина.
2. Смешайте промытый кварцевый песок и соду в соотношении 1:4 соответственно. Доведите температуру до предела плавления.

Все это обойдется дороже, чем просто купить его в магазине. Но на фото в интернете часто показано, насколько лучше выглядят фары после обработки специальными средствами. Дешевый, но не менее эффективный аналог – смесь парафина из свечки и растворителя «Вайт-спирит». Но это уже не жидкое стекло.

«Жидкий свет» наполняет новый атриум Стэнфордской больницы

В вестибюле нового Стэнфордского госпиталя инсталляция из стекла и металла Liquid Light призвана создать ощущение безмятежности у всех, кто проходит мимо.

Автор Дафна СашинОпубликовано 14 октября 2019 г. 18 октября 2019 г.

По мере того, как формировались планы новой Стэнфордской больницы, внимание было обращено на высокий атриум, через который каждый день будут проходить тысячи пациентов, членов их семей и персонала. Пространство нуждалось в фокусе — что-то, что сделало бы атриум умиротворяющим, но заряжающим энергией пространством, где члены семьи могли бы собраться или просто провести время в созерцании.

Изначально были мысли о фонтане, но от этой идеи отказались из соображений инфекционного контроля. Добровольцы, отвечающие за выбор произведений искусства для больницы, обратились к нью-йоркскому скульптору и научному сотруднику Макартура Джеймсу Карпентеру, который уже 50 лет очарован свойствами света и стекла. Они попросили его найти способ передать ощущение воды без жидкости.

Карпентер спроектировал Sky Reflector-Net в транзитном узле Fulton Center в Нью-Йорке, водный объект Ice Falls в Hearst Center, также в Нью-Йорке, и расширение музея St. Louis Gateway Arch.

Но новый Стэнфордский госпиталь — первое медицинское учреждение, над которым работал Карпентер. Его команда начала планировать проект в 2013 году и недавно завершила установку Liquid Light .

«Мы хотел создать что-то, что имело бы чувство красоты и воспоминание о природе и было бы довольно успокаивающим, — сказал Карпентер в интервью. — Это что-то, что действительно может занять ваши мысли».

Liquid Light состоит из рифленых стеклянных призм, напоминающих волны, движущиеся по поверхности океана, сказал Карпентер. Для создания призм дизайнер использовал около 100 текстурированных стеклянных досок. , примерно три дюйма толщиной, сделанный художником по стеклу из Окленда Джоном Льюисом, и прикрепил стекло к небольшим столбам на круглой металлической основе шириной 30 футов.

Положение стекла так, как будто оно парит, позволяет солнцу, льющемуся через окно в крыше атриума, отражаться как на стекле, так и на металле, создавая различные узоры света и теней, — сказала Конни Вульф, директор-консультант арт-программы новой больницы.0003

«Это почти похоже на то, когда вы бросаете пенни в пруд; он мерцает и движется и сдвиги и изменения с течением времени, — сказал Вольф. в то же время очень успокаивает.»

Как дневной свет начинает уменьшаться, загорается ряд огней, окаймляющих световой люк. постепенно меняя уровни яркости, перемещаясь по поверхности так, чтобы скульптура никогда не бывает неподвижной, объяснил Карпентер.

Если смотреть сверху, стеклянные призмы шириной 30 футов, из которых состоит набор

Liquid Light парит над металлическим диском.

Liquid Light — одно из семи произведений искусства, заказанных для конкретных помещений новой больницы, и все они полностью финансировались частными спонсорами. Он был заказан Stanford Health Care при поддержке Джилл и Джона Фрейденрих, а также Барбары и Кена Ошман. Другие включают Лучи Надежды , фреску корейского художника Джинни Сео в межконфессиональной часовне, сферический Buckyball Лео Вильярреаля на входной площади и 1000 фунтов 9 Неда Кана.0017 Air Cube в саду на третьем этаже.

Карпентер сказал, что он в восторге от готового продукта.

«Это создает качество безмятежности, красоты и света для всего вестибюля», — сказал он. «Когда вы делаете произведение и представляете его определенным образом, и вы никогда раньше не делали это именно так, всегда очень интересно прийти и увидеть, что что-то соответствует вашим ожиданиям и превосходит их».

Фото © Джеймс Карпентер, JCDA

Популярные посты

Категория:

Питание

Спросите меня о чем угодно: Диеты, кулинария и здоровое питание

В программе «Спроси меня о чем угодно» Мишель Хаузер делится своим опытом во всем, что касается еды, диеты и приготовления здоровой пищи.

Автор Ханаэ АрмитажОпубликовано 7 февраля 2023 г. 7 февраля 2023 г.

Категория:

Питание

Способы повысить уровень железа в крови при веганской или вегетарианской диете

Author Holly MacCormickОпубликовано 6 октября 2017 г. 18 апреля 2022 г.

Что такое технология жидких линз?

Последнее обновление 27 января 2023 г.

Много лет назад для получения высококачественных сфокусированных фотографий требовались дорогие высококачественные камеры с такими же дорогими и хрупкими объективами. Но этого было недостаточно. Вам также требовались навыки и ноу-хау, чтобы сфокусировать это громоздкое оборудование на вашем объекте. Если ваш объект двигался, ваш фокус терялся, и вам приходилось перефокусировать все устройство.

По мере того, как камеры совершенствовались и все чаще стали частью нашей жизни, их стало проще использовать, а автофокус захватил мир камер. Но вы по-прежнему ограничены формой и фокусным расстоянием вашего объектива. Профессиональные фотографы до сих пор носят с собой несколько объективов с разным фокусным расстоянием, чтобы делать снимки более близких или удаленных объектов. Сотовые телефоны имеют несколько наборов линз для достижения того же эффекта.

Но что, если бы новая технология позволила получить несколько фокусных расстояний и форм линз из одной линзы? Что ж, с жидкими линзами вы можете сделать именно это.

Механические линзы и жидкие линзы

Жидкие линзы уникальны тем, что внутри нет механических частей. В настройках с механическим объективом стеклянные линзы перемещаются ближе или дальше от датчика камеры для достижения разных фокусных расстояний. Это резко изменит поле зрения и расстояние, на котором камера будет находиться от объекта.

При более коротких фокусных расстояниях вы получите очень широкое поле зрения, и изображение будет казаться уменьшенным. При более длинных фокусных расстояниях у вас будет гораздо более узкое поле зрения и увеличенное изображение. Чтобы добиться разных фокусных расстояний, вы должны либо использовать зум-объектив, который позволяет перемещать объектив ближе или дальше от датчика изображения, или вы должны переключиться на другой объектив с другим фокусным расстоянием.

Что особенного в жидких линзах, так это то, что они могут менять форму и резко изменять свое фокусное расстояние без механических частей. Более того, это можно сделать всего за миллисекунды — так быстро, что вы даже не заметите, как это происходит. Теоретически это означает, что вы можете заменить несколько линз с разными фокусными расстояниями одной жидкой линзой.

Поскольку для изменения фокусного расстояния жидкой линзе не требуется изменять свое расстояние относительно датчика изображения, ее также можно сделать намного меньше, чем громоздкие механические линзы, к которым мы привыкли. Но как жидкая линза меняет свою форму и фокусное расстояние?

Как работают жидкие линзы?

Как работают жидкие линзы

Скорость, с которой жидкие линзы могут менять свою форму, может показаться волшебной, но на самом деле она очень научная. Если каплю жидкости поместить на гидрофобную поверхность (что-то, что отталкивает жидкости), то молекулы жидкости свяжутся вместе и образуют шарик, поскольку они отталкиваются гидрофобной природой поверхности.

Когда электрическое поле прикладывается к этой жидкости и другому проводящему материалу, такому как алюминий, который находится на противоположной стороне гидрофобного барьера, жидкость электростатически притягивается к алюминию. Молекулы, из которых состоит жидкость, будут распространяться, пытаясь достичь алюминия, в результате чего капли воды резко изменят форму. Этот процесс называется электросмачивание , и это основа технологии жидких линз.

Чем сильнее приложенное электрическое поле, тем больше жидкость притягивается к проводящему материалу. Это означает, что вода будет распространяться дальше, так как она изо всех сил пытается достичь проводящего материала через барьер. Изменяя количество используемого электричества, жидкость можно заставить принимать различные формы. Если эта жидкость используется в качестве линзы, то различные формы, в которые она превращается, имеют разное фокусное расстояние, что может радикально изменить изображение, которое улавливает датчик.

Электросмачивание объективов фотоаппаратов

Концепция электросмачивания впервые обсуждалась еще в конце 1800-х годов. Позже, в середине и конце 1900-х годов, его снова изучили, но только в 1993 году между проводящим металлом и жидкостью был помещен изолирующий слой (гидрофобный материал). Технически это называется электросмачиванием диэлектрика (EWOD), но его все же можно назвать электросмачиванием.

Первым, кто добавил изолирующий слой, был Бруно Берге, и он первым применил эту технологию в жидких линзах. После открытия этой технологии Берге в 2002 году основал компанию Varioptic и занялся созданием первых жидких линз для фотоаппаратов.

Для объектива фотоаппарата необходимо было внести некоторые изменения в электросмачивание, чтобы можно было делать снимки. Жидкость, меняющая форму, была подвешена в другой жидкости, которая отталкивала ее, подобно тому, как масло и вода отталкивают друг друга. Токопроводящий металл находится вокруг корпуса линзы, а стекло с обеих сторон удерживает жидкости. Гидрофобный изолятор покрывает металл, поэтому вы можете создавать те же реакции, что и раньше. Это означает, что взвешенная жидкость теперь со всех сторон отталкивается отталкивающей жидкостью и гидрофобным изолирующим слоем. Отталкиваясь со всех сторон, токопроводящая жидкость вынуждена сохранять форму, даже сводя на нет действие гравитации. С этим достижением технология стала использоваться в камерах.

Преимущества жидких линз

Теперь, когда мы обсудили, как работают жидкие линзы, вы можете задаться вопросом, стоят ли они всех усилий, затраченных на создание технологии. Жидкие линзы Varioptic обладают целым рядом преимуществ по сравнению с известными нам механическими линзами, поэтому давайте рассмотрим некоторые из этих преимуществ.

Несколько фокусных расстояний в одной линзе

Мы уже говорили о фокусном расстоянии, и это одно из больших преимуществ жидких линз. Традиционно, если вы хотели получить несколько фокусных расстояний от одного и того же объектива, вам требовался зум-объектив, который позволял бы объективу внутри перемещаться механически. Это привело к громоздким и тяжелым линзам, которые были очень дорогими и хрупкими.

Жидкие линзы могут обеспечивать несколько фокусных расстояний без движущихся частей за счет подачи на линзу небольшого количества электрического тока. Это означает, что линзы могут быть намного меньше, но при этом обеспечивать изображения с совершенно разными полями зрения и уровнями масштабирования.

Изменение фокуса и фокусного расстояния в миллисекундах

Хотя изменение фокусного расстояния — это здорово, самое впечатляющее в том, как это делает жидкая линза, — это невероятная скорость, с которой происходит изменение. С зум-объективом вам придется ждать, пока моторы переместят объектив, или переместить его самостоятельно, повернув кольцо на внешней стороне объектива. Это занимает больше времени. Но с жидкими линзами изменение происходит почти мгновенно: требуется всего несколько миллисекунд, чтобы получить совершенно другое изображение. Это также позволяет жидкой линзе быстро сфокусироваться на объектах, находящихся на разном расстоянии.

Жидкая линза может сделать сфокусированное изображение близкого объекта, а через долю секунды получить столь же хорошо сфокусированное изображение удаленного объекта.

Отсутствие механических частей, которые могут быть повреждены

Вариоптические жидкие линзы не имеют движущихся и механических частей. Это означает, что внутри гораздо меньше вещей, которые могут быть повреждены. В результате получился прочный объектив, который уже не такой хрупкий, как объективы, к которым мы все привыкли. Если вы уроните дорогой высококачественный объектив, вы, вероятно, причините необратимый ущерб. Традиционные объективы имеют так много деталей, которые можно сдвинуть с места, и малейшее отклонение может навсегда испортить объектив, поскольку изображение больше не будет фокусироваться должным образом. Но с жидкими линзами от Varioptic нет движущихся или механических частей, которые можно повредить. В результате получаются ударопрочные линзы, так что если их уронить, это не означает конец их срока службы.

Отличный срок службы

Механические системы изнашиваются. Все это знают. Из-за этого у механических линз есть определенный ожидаемый срок службы, который зависит от того, сколько раз они могут переключаться. Для камеры промышленного назначения на автоматизированном заводе с миллионами рабочих циклов традиционные линзы служат всего несколько недель, после чего начинают изнашиваться. Жидкие линзы имеют гораздо более длительный срок службы, потому что у них нет механических частей, которые могут выйти из строя. Это означает, что они могут выполнять сотни миллионов циклов, не повреждаясь и не ломаясь.

Гораздо меньше традиционных объективов

Чтобы получить несколько фокусных точек в одном объективе, зум-объективы должны были вырасти до невероятных размеров. Они торчат далеко перед камерой и вносят значительный вклад в вес. Все это помещение нужно для того, чтобы стекло внутри можно было передвинуть ближе к и дальше от сенсора для изменения фокусного расстояния. Но поскольку жидкая линза может изменять фокусное расстояние без каких-либо движущихся частей, общий размер линзы может быть в несколько раз меньше, чем у больших линз, доминирующих на рынке в данный момент.

Улучшенная стабилизация изображения

Профессиональные фотографы часто носят с собой громоздкие штативы, чтобы надежно удерживать камеру и компенсировать дрожание человеческих рук. Независимо от того, насколько вы устойчивы, камера улавливает малейшие движения ваших рук. Это может привести к тому, что изображения будут выглядеть несфокусированными и размытыми, даже если фокусировка была невозможна. Но жидкие линзы могут уравновесить это движение и обеспечить стабильное изображение, несмотря на человеческий фактор. Это может открыть новый мир ручной фотографии, где штативы устаревают.

Возможности близкой фокусировки

Традиционные объективы ограничены в том, насколько близко они могут находиться к объекту и оставаться в фокусе. Но жидкие линзы могут фокусироваться на очень близких расстояниях. Это делает их очень полезными в области медицины, где камеры могут быть вставлены внутрь тела, а у объектива не так много места для фокусировки.

Energy Efficient

Жидкие линзы потребляют совсем немного электричества, чтобы изменить свою форму и фокусное расстояние. Механические линзы потребляют во много раз больше энергии для регулировки, особенно если они управляются мотором.

Где сейчас используются жидкие линзы?

Из-за невероятно быстрого времени фокусировки и способности выдерживать сотни миллионов циклов жидкие линзы впервые были представлены для промышленного применения. Автоматизированное производственное оборудование должно быстро сфокусироваться на изделиях разного размера и делать это миллионы раз в неделю. Эти жидкие линзы могут выдерживать многие годы такого постоянного циклирования, в то время как традиционные механические линзы обычно выходят из строя всего за несколько месяцев или даже недель. Это экономит время и деньги производителей, устраняя необходимость замены вышедших из строя объективов.

В сканерах штрих-кода уже довольно давно используются жидкие линзы. Им нужно быстро сфокусироваться на штрих-кодах с разного расстояния. Жидкие линзы упрощают эту задачу, поскольку они могут почти мгновенно перефокусироваться на любом расстоянии от цели.

Благодаря возможности фокусировки на близком расстоянии и низкому энергопотреблению жидкие линзы нашли свое применение в медицине. Лапароскопические камеры используют жидкие линзы, которые могут фокусироваться на очень близких объектах. Им нужна мгновенная фокусировка внутри тела, чтобы врачи и хирурги могли четко видеть, что происходит, а допуски очень жесткие. Трехмерные микроскопы также начали интегрировать эту технологию для превосходной фокусировки на объектах разного размера.

Жидкие линзы также используются с лазерами, поскольку они могут перенаправлять луч во многих направлениях без какого-либо движения. Это сохраняет стабильность лазера, но позволяет пользователю направить его туда, куда ему нужно.

Будущие области применения технологии жидких линз

Жидкие линзы все чаще используются в потребительских камерах, но это совсем недавняя разработка. Однако изначально эта технология была изобретена компанией Varioptic в 2002 году. Еще в 2005 году Samsung работала с Varioptic над внедрением этой технологии в камеры смартфонов.

Смартфоны являются идеальной платформой для этой технологии, так как они имеют очень ограниченное пространство. В настоящее время в этих телефонах используется все больше и больше отдельных объективов, чтобы предоставить пользователям мощные камеры. Но эти линзы занимают много места внутри телефона, и у нас до сих пор нет хорошей технологии оптического зума, которая могла бы поместиться в этих устройствах. Но жидкие линзы, такие как те, что производит Varioptic, могут обеспечить невероятные возможности масштабирования в корпусе, достаточно маленьком, чтобы поместиться в наши современные смартфоны.

На сегодняшний день компания Varioptic продала более 2 миллионов жидких линз. Поскольку их так много на рынке, технология становится доступной в более ориентированных на потребителя формах. На самом деле, некоторые USB-камеры сейчас даже изготавливаются с жидкими линзами, что впервые позволяет использовать эту технологию в наших домах. Но это только начало. Поскольку технология продолжает совершенствоваться и расширяться, мы, вероятно, начнем использовать ее в обычных камерах, даже заменяя механические объективы, к которым мы привыкли за эти годы.

• Вам также может понравиться: Очки дополненной реальности META: взгляд в будущее

---

Заключительные мысли

Жидкие линзы — это будущее технологий обработки изображений. Поскольку камеры становятся частью нашей повседневной жизни, потребность в улучшении технологий, используемых для их создания, привела к появлению все более компактных камер с постоянно растущими возможностями.