Porównanie chemicznych filtrów przeciwsłonecznych i fizycznych filtrów przeciwsłonecznych

Pochłaniacz promieniowania ultrafioletowego jest na ogół związkiem organicznym o strukturze aromatycznej lub strukturze chromoforowej. Głównym mechanizmem działania absorbera UV jest zastosowanie zamkniętego układu koniugatu i poleganie na przejściu π-π * do absorpcji fotonów, gdy dwa orbitale molekularne π są wystarczająco blisko, generowane są dwa zdegenerowane orbitale molekularne, jeden o wysokiej energii i jeden o niskiej energii. Generalnie absorber jest fotostabilny, a energia po absorpcji fotonów może generować kwant rezonansowy (głównie) poprzez rezonans molekularny lub uwalnianie przez fluorescencję i fosforescencję, a odwracalna izomeryzacja cząsteczki zmienia absorber ze stanu wzbudzonego do stanu ustalonego.

Struktura molekularna DHHB ma doskonały efekt rezonansu i przenoszenia jonów wodoru. Gdy cząsteczki DHHB pochłaniają światło ultrafioletowe, energia jest absorbowana przez zmianę struktury pierścienia benzenowego i sąsiadujących jonów wodorowych w cząsteczce, a cała struktura cząsteczkowa zostanie tymczasowo zmieniona. Po tym, jak cząsteczka powoli uwalnia energię, struktura molekularna DHHB powraca do pierwotnego stanu.

Fizyczny schemat rozproszenia ochrony przeciwsłonecznej

Dwutlenek tytanu i tlenek cynku są dwoma zatwierdzonymi fizycznymi materiałami przeciwsłonecznymi. Zastosowanie tych fizycznych filtrów przeciwsłonecznych w filtrach przeciwsłonecznych polega głównie na absorpcji w celu osłabienia promieni UV i jest nakładane przez pewne rozproszenie. Jako kryształy drobnych cząstek (10–100 nm), materiały te są półprzewodnikami o wysokiej energii przerwy pasmowej między pasmem walencyjnym a pasmem przewodzenia. Pasmo wzbronione kryształu objętościowego mieści się w zakresie energii odpowiadającym długości fali między 380 a 420 nm. Im mniejsze cząstki pierwotne, tym wyższa energia przerwy pasmowej i absorpcja światła ultrafioletowego przez podniesienie elektronów z wartościowości do pasma przewodzenia.

Oba te elementy są zasadniczo półprzewodnikami. Biorąc za przykład dwutlenek tytanu, po wzbudzeniu przez promieniowanie ultrafioletowe, jest to półprzewodnik typu N. Gdy promieniowanie ultrafioletowe o długości fali mniejszej niż 400 nm jest napromieniowane, elektrony w międzywarstwie pochłaniają promienie ultrafioletowe i są wzbudzone, aby wytworzyć dziury elektronowe, dzięki czemu dwutlenek tytanu ma funkcję pochłaniania promieni ultrafioletowych.

Kiedy zatem fizyczny filtr przeciwsłoneczny z dwutlenku nano-tytanu zostanie wchłonięty przez produkt ochrony przeciwsłonecznej, kiedy działa on jak efekt rozproszenia? Jest to związane z jego wielkością cząstek. Eksperymenty wykazały, że im dłuższa długość fali światła ultrafioletowego, ekranowanie nanotlenku dwutlenku zależy od jego absorpcji. Można więc sobie wyobrazić, że w paśmie UVB dwutlenek tytanu jest głównie pochłaniany, podczas gdy w paśmie UVA nano dwutlenek tytanu głównie rozprasza. Dlatego, aby osiągnąć szeroki zakres ochrony przed promieniowaniem UV, wymagana jest zarówno absorpcja, jak i rozproszenie, tak więc istnieje optymalny pierwotny rozmiar cząstek dwutlenku tytanu, nie tak mały, jak to możliwe. Biorąc pod uwagę aglomerację nano-ditlenku tytanu, ogólnie uważa się, że optymalna wielkość cząstek ditlenku tytanu osłaniającego przed promieniowaniem ultrafioletowym wynosi 20-50 nm. Oczywiście rozmiar cząstek jest jedynie wskaźnikiem fizycznego działania ochrony przeciwsłonecznej wymaganej przy opracowywaniu produktów ochrony przeciwsłonecznej i należy wziąć pod uwagę wiele wskaźników technicznych.