版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、2021/3/231 第一节第一节 光通过介质的现象光通过介质的现象 一一.折射折射 1折射率的定义折射率的定义 1)定义)定义 光是具有一定波长的电磁波光是具有一定波长的电磁波,光的折射可理解为光在介质中传播光的折射可理解为光在介质中传播 速度的降低而产生的(以真空中的光速为基础)。速度的降低而产生的(以真空中的光速为基础)。 当光从真空进入较致密的材料时当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。折射其速度是降低的。折射 率定义为率定义为:光在真空和材料中的速度之比光在真空和材料中的速度之比。 即即: c n 材料 真空 2021/3/232 2)绝对折射率与相对折射率)绝对折射率与相对
2、折射率 (1)绝对折射率)绝对折射率 材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。 一般将真空中的折射率定为一般将真空中的折射率定为1。 (2)相对折射率)相对折射率 由于在实际工作中使用绝对折射率不方便由于在实际工作中使用绝对折射率不方便,因此使用因此使用 相对折射率的概念。相对折射率的概念。 相对于空气的折射率称为相对折射率相对于空气的折射率称为相对折射率:材料相对于空材料相对于空 气的折射率称为相对折射率气的折射率称为相对折射率:n=va/v材料 材料 2021/3/233 2两种材料间的相对折射率两种材料间的相对折射率 如果光从材料如果光从材料1,通
3、过界面传入材料通过界面传入材料2时时,与与 界面法向所形成的入射角界面法向所形成的入射角i1、折射角、折射角i2与两种与两种 材料的折射率材料的折射率n1和和n2现有下述关系现有下述关系: 2 1 21 1 2 2 1 sin sin n n n i i 式中式中:v1及及v2分别表示光在材料分别表示光在材料l及及2中的传播速度中的传播速度,n21为材料为材料2相对于材料相对于材料l的相对的相对 折射率。折射率。 材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比,折射率较折射率较 大者大者,光的传播速度较慢。材料的折射率永
4、远是大于光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于l的正数。如空气的的正数。如空气的n =1.0003,固体氧化物固体氧化物n=1.32.7,硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃n=1.51.9,树脂树脂:1.3-1.7 2021/3/234 3影响折射率的因素影响折射率的因素 (1)折射率与极化率的关系 当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时,辐射的极辐射的极 化电场引起其中带电的结构单元周期性的位移化电场引起其中带电的结构单元周期性的位移,辐射导致辐射导致 该材料的宏观极化。在可见光的频率范围内仅出现电子极该材料的宏观极化。在可见光的频率范围内仅出现电子极
5、化。由于光的传播与介质的极化有关化。由于光的传播与介质的极化有关,因此介质对光波场因此介质对光波场 的响应可用宏观物理量的响应可用宏观物理量-极化率或介电常数来描述。光极化率或介电常数来描述。光 波除了与材料中的电结构作用外波除了与材料中的电结构作用外,还与磁结构作用。正是还与磁结构作用。正是 因为材料的极化和磁化作用因为材料的极化和磁化作用,“拖住拖住”了电磁波的步伐了电磁波的步伐,使使 电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论,光光 在介质中的传播速度应为在介质中的传播速度应为: c v 式中式中:c为真空中的光速为真空中的光速,为介质的
6、介电常数为介质的介电常数,为介质的导磁率。对于非磁性材为介质的导磁率。对于非磁性材 料料, 1。在下面讨论中。在下面讨论中,介质材料一般都是非磁性材料。介质材料一般都是非磁性材料。 2021/3/235 c c v c n 材料 n 该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原 子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观 量介电常数来影响光在材料中的传播速度。量介电常数来影响光在材料中的传播速度。 20
7、21/3/236 (2)折射率与离子半径的关系)折射率与离子半径的关系 当离子半径增大时当离子半径增大时,其其增大增大,因而因而n也随之也随之 增大。因此增大。因此,可以用大离子得到高折射率的可以用大离子得到高折射率的 材料材料,如如PbS的的n=3.912,用小离子得到低折用小离子得到低折 射率的材料射率的材料,如如SiCl4的的n=1.412。 2021/3/237 (3)折射率与摩尔折光度、分子体积的关系)折射率与摩尔折光度、分子体积的关系 折射率与材料介质摩尔折射度成正比折射率与材料介质摩尔折射度成正比,与分子体积成反比与分子体积成反比;而摩尔折而摩尔折 射度与介质极化率成正比射度与介
8、质极化率成正比,所以要提高折射率所以要提高折射率,要求材料具有大的极化要求材料具有大的极化 率和小的分子体积。率和小的分子体积。 2021/3/238 摩尔折射度摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分是由于在光的照射下分 子中电子子中电子(主要是价电子主要是价电子)云相对于分子骨架云相对于分子骨架 的相对运动的结果。这种把光学折射与化的相对运动的结果。这种把光学折射与化 学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。 文献中有多种定义。文献中有多种定义。 2021/3/239 2021/3/2310 2021/3/2311 2021/3/2312 可以看出可以看出,
9、具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率;含有相同碳数含有相同碳数 的碳氢基团的碳氢基团,折射率按支化链折射率按支化链直链直链脂环脂环芳环的顺序变大。芳环的顺序变大。 此外此外,分子中引入除分子中引入除F以外的卤族元素、以外的卤族元素、S、P、砜基、稠环、重金属离子等均可提高、砜基、稠环、重金属离子等均可提高 折射率折射率,而分子中含有甲基和而分子中含有甲基和F原子时折射能力降低。原子时折射能力降低。 2021/3/2313 这些基团和元素的引入提高了光学树脂的折射率,同时 也带来了一些不足:(1)引入芳香族或稠环化合物可提高 折射率
10、,但聚合物的色散较大;(2)引入除F以外的卤素可 提高折射率,但树脂的密度增大,耐候性差,易发黄;(3)引 入重金属离子如铅、镧、铌或二氧化钛、硫化铅、硫化铁 纳米微粒等可提高折射率,但树脂的密度增大、抗冲性降 低、实用困难;(4)引入脂肪族多环化合物,可提高折射率, 且色散较低,但折射率提高的范围有限;(5)引入S、N、P 等元素可提高折射率,特别是在聚合物中引入S是提高折射 率的最有效方法,且色散好,环境稳定性好。 2021/3/2314 (4)与材料的结构、晶型的关系 均质介质(各向同性的材料)均质介质(各向同性的材料) 如非晶态如非晶态(无定型体无定型体)和立方晶体材料和立方晶体材料,
11、当光通过时当光通过时, 光速不因传播方向改变而变化光速不因传播方向改变而变化,材料只有一个折射率。材料只有一个折射率。 非均匀介质(除立方晶体以外的其他晶型非均匀介质(除立方晶体以外的其他晶型,都是非均都是非均 质介质)质介质) 光进入非均质介质时光进入非均质介质时,一般会产生双折射现象。一般会产生双折射现象。 双折射双折射:当一束光通过一个介质时当一束光通过一个介质时,分为振动方向相互垂分为振动方向相互垂 直、传播速度不等的两个波直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射光线它们分别构成两条折射光线 的现象的现象, 双折射是非均质晶体的特性双折射是非均质晶体的特性,这类晶体的所有光学这类
12、晶体的所有光学 性能都和双折射有关。性能都和双折射有关。 nnn / 2021/3/2315 (5)材料所受的内应力)材料所受的内应力 有内应力的透明材料有内应力的透明材料,垂直于受拉主应力方向的垂直于受拉主应力方向的n大大,平行于受拉主应力方平行于受拉主应力方 向的向的n小。因此产生双折射。小。因此产生双折射。 树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取向树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取向, 因而应力与双折射有一定的关系因而应力与双折射有一定的关系,即即: C为应力光学系数为应力光学系数,为为 应力。经验表明应力。经验表明,脂肪族聚合物具有较
13、低的应力光学系数脂肪族聚合物具有较低的应力光学系数,如如PMMA和和OZ- 1000(聚三环癸甲基丙烯酸脂)双折射很小(聚三环癸甲基丙烯酸脂)双折射很小,基本是各向同性的基本是各向同性的;含有易极化含有易极化 和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应力光学系数和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应力光学系数,如如PS和和PC,苯环苯环 位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大; 树脂大分子链上含有共聚单树脂大分子链上含有共聚单 元元,容易产生双折射现象容易产生双折射现象;树脂中添加其它助剂树脂中添加其它助剂,由于助剂与树脂之间的折射由于助剂与树脂之间的
14、折射 率不同而产生双折射。率不同而产生双折射。 Cnn / 2021/3/2316 4. 折射率的表示折射率的表示 折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射 率率n 随入射光波长的降低而减小随入射光波长的降低而减小,所以所以,谈材料的折谈材料的折 射率时必须指出所用的光的波长。一般常用射率时必须指出所用的光的波长。一般常用nD来来 比较不同材料的折射率。比较不同材料的折射率。 nD是指用钠光谱中的是指用钠光谱中的D线(线(D=589.3nm,黄色)黄色) 为光源测出的折射率。为光源测出的折射率。 2021/3/2317 二色散 1定义:材料的折射率随入射
15、光的频率的减小(或波 长的增加)而减小的性质,称为色散。 2. 色散的表示方法 (1)平均色散:nFnC,有时用表示。 nF:是指用氢光谱中的F线(F=486.1nm,蓝色)为光 源测出的折射率。 nC:是指用氢光谱中的C线(C=656.3nm,红色)为 光源测出的折射率。 2021/3/2318 (2)色散系数D:也叫阿贝数、色散倒数或倒数相 对色散,这是最常用的数值 。 CF D D nn n 1 2021/3/2319 3应用实例应用实例 1)光学玻璃的分类)光学玻璃的分类 以上光学常数中最常用的是以上光学常数中最常用的是 :折射率折射率 nD,平均色散平均色散nFnC由此可以算出阿由此
16、可以算出阿 贝数贝数,阿贝数是光学玻璃的重要性质之一阿贝数是光学玻璃的重要性质之一,例如光学玻璃就是按阿贝数的大小例如光学玻璃就是按阿贝数的大小 分成两大类分成两大类:冕牌玻璃(冕牌玻璃( D大)和火石玻璃(大)和火石玻璃( D小小,nFnC大大,nD变化范围变化范围 大)。大)。 2)消除光学系统中的色差)消除光学系统中的色差 阿贝数也是光学系统中消色差经常使用的参数。阿贝数也是光学系统中消色差经常使用的参数。 由于光学玻璃(树脂)一般都或多或少具有色散现象由于光学玻璃(树脂)一般都或多或少具有色散现象,白光可以被棱镜分白光可以被棱镜分 解成七色光谱解成七色光谱,若入射光不是单色光若入射光不
17、是单色光,当通过棱镜时当通过棱镜时,由于色散由于色散,将使屏上出现模将使屏上出现模 糊的彩色光斑糊的彩色光斑,使成像失真。所以光学系统中往往采用复合透镜来消除色差。使成像失真。所以光学系统中往往采用复合透镜来消除色差。 即用不同牌号的光学玻璃即用不同牌号的光学玻璃,分别磨成凸透镜和凹透镜组成复合镜头分别磨成凸透镜和凹透镜组成复合镜头,可以消除可以消除 色差色差,这叫做消色差镜头(所有光学系统中不用单片透镜)。这叫做消色差镜头(所有光学系统中不用单片透镜)。 2021/3/2320 第二节第二节 材料的透光性材料的透光性 透光率和雾度表征材料透光性透光率和雾度表征材料透光性 透光率是表征树脂透明
18、程度的一个重要性能指标透光率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标,一种树脂的透光率越一种树脂的透光率越 高高,其透光性就越好。透光率的定义为其透光性就越好。透光率的定义为:透过材料的光通量(透过材料的光通量(T2)占入射到)占入射到 材料表面上光通量(材料表面上光通量(T1)的百分率)的百分率,即即:Tt(T2/T1)100% 透光率的测定通常以标准透光率的测定通常以标准C光源的一束平行光垂直照射透明或半透明光源的一束平行光垂直照射透明或半透明 膜、片或板上膜、片或板上,测定透过材料的光通量与射到材料上光通量之比。测定透过材料的光通量与射到材料上光通量之比。 任何一种透明材料的透光率都达不到任
19、何一种透明材料的透光率都达不到100,即使是透明性最好的光学即使是透明性最好的光学 玻璃的透光率一般也难以超过玻璃的透光率一般也难以超过95。通常。通常,光学树脂在可见光区的透光率光学树脂在可见光区的透光率 的损失主要由以下三个因素造成的损失主要由以下三个因素造成:光的反射、散射和吸收光的反射、散射和吸收 2021/3/2321 一反射一反射 1反射系数(反射率)反射系数(反射率) 当光投射到材料表面时一般产生反射、透过和当光投射到材料表面时一般产生反射、透过和 吸收。这三种基本性质都与折射率有关。吸收。这三种基本性质都与折射率有关。m(%) +A(%)+T(%)=100% 1)反射系数的定义
20、)反射系数的定义 当光线由介质当光线由介质1入射到介质入射到介质2时时,光光 在介质面上分成了反射光和折射光在介质面上分成了反射光和折射光,如图如图 42所示。这种反射和折射所示。这种反射和折射,可以连续发可以连续发 生。例如当光线从空气进入介质时生。例如当光线从空气进入介质时,一部一部 分反射出来了分反射出来了,另一部分折射进入介质。另一部分折射进入介质。 当遇到另一界面时当遇到另一界面时,又有一部分发生反射又有一部分发生反射, 另一部分折射进入空气。另一部分折射进入空气。由于反射由于反射,使得透使得透 过部分的强度减弱。因此对于透明材料过部分的强度减弱。因此对于透明材料,希望希望 光能够尽
21、可能多地透过。需要知道光强度的光能够尽可能多地透过。需要知道光强度的 这种反射损失这种反射损失,使光尽可能多地透过。使光尽可能多地透过。 2021/3/2322 设光的总能量流w为 W=W+W W,W,W分别为单位时间通过位面积的入射光、反射光和折 射光的能量流。 则反射系数(反射率)m=W/ W 或 m=被反射的光强度/入射光强度=L/I0 当角度很小时,即垂直入射时: m) 1n 1n ( W W 2 21 21 2021/3/2323 2透射系数 根据能量守恒定律(光在界面上的现象), W=W+ W (1m)称为透射系数 在垂直入射的情况下,光在界面上的反射的多少 取决于两种介质的相对折
22、射率n21。 m1 W W 1 W W 2021/3/2324 3界面的反射损失 由Fresnel关系式可得: 式中,n1、n2是两种介质的折射率,r是光在每 个界面的反射损失。若光线是从空气照射在介 质表面上, n11。如PS的nD为1.59,则光线在 两个表面的损失共约为10。上式在光线入射 角大于30后不再适用 2 12 2 12 )( )( nn nn r 2021/3/2325 当光从介质射入空气的入射角与光在介质空气 界面的折射率呈下列关系时: sini11/n,就会发生内反射,即光线不能射入空气,而 全部折回介质。对大多数聚合物来说,n1.5, i1最 小为42。光线在聚合物内全
23、反射,会使透明聚合 物显得格外明亮,利用这一现象可以将透明聚合物 制成发亮的制品,如车的尾灯、交通标志等;也能纺 丝做成光纤使用。 2021/3/2326 实例: 由于陶瓷、玻璃、树脂等材料的折射率较空气的大,所以反 射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成,则反射损 失更可观。为了减小这种界面损失,常常采用折射率和玻 璃相近的胶将它们粘起来,这样,除了最外和最内的表面是 玻璃和空气的相对折射率外,内部各界面都是玻璃和胶的 较小的相对折射率,从而大大减小了界面的反射损失。 为了调节玻璃的n,常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃n不 同的透明薄膜,使玻璃表面的m增加或减少。 如在玻璃表面涂以对红外线
24、反射率高的金属膜(An、Cu、 Ag、Cr、Ni等),用作建筑物反射太阳能的隔热玻璃,可以 调节室内空调的能力,并增加建筑物外表的美观热反 射玻璃。 2021/3/2327 二介质对光的吸收二介质对光的吸收 1、定义、定义 光在介质中传播时会有能量的损失光在介质中传播时会有能量的损失,使透过介质的光使透过介质的光 强度减弱的现象强度减弱的现象,这就是光的吸收这就是光的吸收 2、光吸收的本质、光吸收的本质 光在穿过介质时光在穿过介质时,引起介质的价电子跃迁引起介质的价电子跃迁,或使原子或使原子 振动而消耗能量振动而消耗能量;介质中的价电子当吸收光子能量介质中的价电子当吸收光子能量 而激发而激发,
25、当尚未退激而发出光子时当尚未退激而发出光子时,在运动中与其在运动中与其 它分子碰撞它分子碰撞,从而构成光能的衰减。从而构成光能的衰减。 2021/3/2328 2)朗伯特定律 即使在对光不发生散射的透明介质,如玻璃、水溶液中,光也要会有能量 的损失,即光的吸收。 设有一块厚度为x的平板材料,入射光的强度为I0,通过此材料后光强度为I。 选取其中一薄层,并认为光通过此薄层的吸收损失 dI,它正比于在此处 的光强度和薄层的厚度dx,即 -dI =Idx x 0 I I dx I dI 0 x I I ln 0 x 0e II 式中式中为物质对光的吸收系数为物质对光的吸收系数,其单位为其单位为cm-
26、1。取决于材料的性质和光的波取决于材料的性质和光的波 长。长。越大材料越厚越大材料越厚,光就被吸收得越多光就被吸收得越多,因而透过后的光强度就越小。因而透过后的光强度就越小。 不同的材料不同的材料差别很大差别很大,空气的空气的l0-5cm-1,玻璃的玻璃的=10-2cm-1,金属的金属的则达几则达几 万到几十万万到几十万,所以金属实际上是不透明的。所以金属实际上是不透明的。 光强度随厚度的变化符合指数衰减规律光强度随厚度的变化符合指数衰减规律,此式称此式称 为朗伯特定律为朗伯特定律 2021/3/2329 2光吸收与光波长的关系 材料吸收光的能量大小一般要看通过材料的 光的波长而定。根据光的波
27、长,可将光进行 如下划分: 射线X射线紫外光(10 400nm)可见光(400760nm)红 外光(760106nm)无线电波(0.1mm 103m) 2021/3/2330 2021/3/2331 若材料对可见光各波长的吸收是相等的,光线通过玻璃后,光 谱组成无变化,白光仍是白光,只是减弱了它的强度而已。 如果材料对光谱内各波长的光吸收不等,有选择性,则由玻璃 出来的光线必定改变了原来的光谱组成,就获得了有颜色 的光。 材料对光的吸收是基于原子中电子(主要是价电子)接受光 能后,由代能级(E1)向高能级(E2)跃迁(即从基态向 激发态)。当两个能级的能量差(E2-E1=h=Eg,h为普照 朗
28、克常数,v为频率)等于可见光的能量时,相应的波长的光 就被吸收,从而呈现颜色。Eg越小,吸收的光的波长愈长,呈 现的颜色愈深(显示的颜色为低波长段的颜色);反之,能 级差Eg愈大,吸收光的波长愈短,则呈现的颜色愈浅。 1)对可见光区()对可见光区(400760nm) 2021/3/2332 例1,金属 金属对光能吸收很强烈。 这是因为金属的价电子处于未满带,Eg很小,很容易吸收光子 后呈激发态,用不着跃迁到导带即能发生碰撞而发热。所 以吸收系数大,不透明。 例2,光学玻璃和光学树脂 玻璃有良好的透光性,吸收系数很小(Eg大),这是由于共价 电子所处的能带是填满了的, 它不能吸收光子而自由运动,
29、 而光子的能量又不足以使价电子跃迁到导带(激发态), 所以在一定范围内,吸收系数很小(所以一般无色玻璃在 可见光区,几乎没有吸收,近红外也是透明的)。 2021/3/2333 2)紫外区(紫外区(10400nm) 对于一般无色透明的材料(如玻璃)的对于一般无色透明的材料(如玻璃)的 紫外吸收现象比较特殊紫外吸收现象比较特殊,不同于离子着色不同于离子着色,并并 不出现吸收峰不出现吸收峰,而是一个连续的吸收区。透而是一个连续的吸收区。透 光区与吸收区之间有一条坡度很陡的分界光区与吸收区之间有一条坡度很陡的分界 线线,通常称为吸收极限通常称为吸收极限,小于吸收极限的波长小于吸收极限的波长 完全吸收完
30、全吸收,大于吸收极限的波长则全部透过。大于吸收极限的波长则全部透过。 聚合物光学材料在紫外光区和可见光区的透光性与光学玻璃相近。聚合物光学材料在紫外光区和可见光区的透光性与光学玻璃相近。 2021/3/2334 3)红外区()红外区(760106nm) 一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要 是由于红外光(电磁波)的频率与材料中分子振子(或相是由于红外光(电磁波)的频率与材料中分子振子(或相 当于分子大小的原子团)的本征频率相近或相同引起共振当于分子大小的原子团)的本征频率相近或相同引起共振 消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性
31、振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振 动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。 聚合物光学材料在近红外以上区域不可避免地出现碳氢等基团的振动吸收。聚合物光学材料在近红外以上区域不可避免地出现碳氢等基团的振动吸收。 2021/3/2335 3选择性吸收与均匀吸收选择性吸收与均匀吸收 吸收还可分为选择吸收和均匀吸收。吸收还可分为选择吸收和均匀吸收。 前面已介绍选择性吸收前面已介绍选择性吸收,即同一物质对某一种即同一物质对某一种 波长的吸收系数可以非常大波长的吸收系数可以非常大,而对另一种波长的吸而对另一种波长的吸 收系数可以非常小。这种现象称为选择吸收。
32、透收系数可以非常小。这种现象称为选择吸收。透 明材料的选择吸收使其呈不同的颜色。明材料的选择吸收使其呈不同的颜色。 如果介质在可见光范围对各种波长的吸收程如果介质在可见光范围对各种波长的吸收程 度相同度相同,则称为均匀吸收。在此情况下则称为均匀吸收。在此情况下,随着吸收随着吸收 程度的增加程度的增加,颜色从灰变到黑。颜色从灰变到黑。 2021/3/2336 三介质对光的散射三介质对光的散射 1散射的概念散射的概念 光波遇到不均匀结构产生次级波光波遇到不均匀结构产生次级波,与主波方向不一致与主波方向不一致,使光偏离原来使光偏离原来 的方向从而引起散射的方向从而引起散射,从而减弱光束强度。从而减弱
33、光束强度。 散射现象也是由于介质中密度的均匀性的破坏而引起的。散射现象也是由于介质中密度的均匀性的破坏而引起的。 由于散射由于散射,光在前进方向上的强度减弱了光在前进方向上的强度减弱了,对于相分布均匀的材料对于相分布均匀的材料,其其 减弱的规律与吸收规律具有相同的形式减弱的规律与吸收规律具有相同的形式: Sx 0e II I为光束通过厚度为为光束通过厚度为x的试件后的试件后,在光前进方向上的剩余强度。在光前进方向上的剩余强度。S为散射系数为散射系数,与与 散射散射(质点质点)的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关,其单位其单位
34、为为cm-1。当光的波长约等于散射质点的直径时。当光的波长约等于散射质点的直径时,出现散射的峰值。出现散射的峰值。 如果将吸收定律与散射规律的式子统一起来如果将吸收定律与散射规律的式子统一起来,则可得到则可得到 x)S( 0e II 2021/3/2337 2.散射系数最大时的质点直径散射系数最大时的质点直径 (1)条件)条件 材料材料:含有含有1(体积体积) Ti02散射质点的玻璃。散射质点的玻璃。 入射光入射光:D=0.589m(589nm)相对折射)相对折射 率率:n21=1.8 (2)散射最强时)散射最强时,质点的直径为质点的直径为 )m(48. 0 ) 1n(2 1 . 4 d ma
35、x 从上式可知从上式可知:入射光的波长不同入射光的波长不同,散射系数达最大时的质点直径也不同。散射系数达最大时的质点直径也不同。 2021/3/2338 (3)散射系数与波长的关系 从图4.6中还可以看出,曲线由左右两条不同形状 的曲线所组成,各自有着不同的规律。 前提条件:散射质点的体积浓度不变, 讨论:d时,随着d,S; d时,S达最大值。 所以可根据散射中心尺寸和波长的相对大小所以可根据散射中心尺寸和波长的相对大小,分别用不同的散射基因和规律进行分别用不同的散射基因和规律进行 处理处理,可求出可求出S与其他因素的关系。与其他因素的关系。 通常通常,散射质点的折射率与基体的折射率相差越大散
36、射质点的折射率与基体的折射率相差越大,将产生越严重的散射。将产生越严重的散射。 造成聚合物光散射的原因是聚合物结构不均因造成聚合物光散射的原因是聚合物结构不均因,如分子量分布不均匀如分子量分布不均匀,无序相于结无序相于结 晶相共存等。晶相共存等。 一般只有结晶聚合物的散射比较严重。 2021/3/2339 四、影响材料透光性的因素。四、影响材料透光性的因素。 1)吸收系数)吸收系数这部分损失较小这部分损失较小,在影响透光率中不占主导地位在影响透光率中不占主导地位 对于陶瓷、玻璃、树脂等材料对于陶瓷、玻璃、树脂等材料,材料的吸收率或吸收系数在可见光材料的吸收率或吸收系数在可见光 范围内是比较低的
37、范围内是比较低的,在可见光吸收损失相对来说是比较小的在可见光吸收损失相对来说是比较小的,在影响透在影响透 光率的因素中不占主要地位。光率的因素中不占主要地位。 2)反射系数)反射系数这部分损失较大这部分损失较大 材料对周围环境的相对折射率大材料对周围环境的相对折射率大,反射损失也大。另一方面反射损失也大。另一方面,材料表面的材料表面的 光洁度也影响透光性能。光洁度也影响透光性能。光学树脂在可见光区是透明的光学树脂在可见光区是透明的,对于光的吸收和散射而对于光的吸收和散射而 引起的透光率的下降一般很小。透光率的损失主要由于光在界面的反射引起引起的透光率的下降一般很小。透光率的损失主要由于光在界面
38、的反射引起,为提高透为提高透 镜的透光率镜的透光率,通常可以采用蒸镀增透膜的方式。通常可以采用蒸镀增透膜的方式。 3)散射系数)散射系数影响较大影响较大 这一因素最影响陶瓷材料的透光率。对于常见的塑料产品这一因素最影响陶瓷材料的透光率。对于常见的塑料产品,散射也影响其散射也影响其 透光率的主要因素。透光率的主要因素。 2021/3/2340 雾度雾度,又称浊度又称浊度,用来衡量透明或半透明材料不清晰或浑浊的用来衡量透明或半透明材料不清晰或浑浊的 程度。雾度的产生是由于材料内部或外部表面光散射造成程度。雾度的产生是由于材料内部或外部表面光散射造成 的云雾状或浑浊的外观。的云雾状或浑浊的外观。 雾
39、度的定义为雾度的定义为:材料的散射光通量与透过材料光通量的百分材料的散射光通量与透过材料光通量的百分 数。数。 雾度的测定方法是雾度的测定方法是:以标准以标准C光源的一束平行光垂直照射到透光源的一束平行光垂直照射到透 明或半透明膜、片或板上明或半透明膜、片或板上,由于内部和表面的散射由于内部和表面的散射,使部分使部分 平行光偏离入射方向大于平行光偏离入射方向大于2.5的散射光通量与透过材料的散射光通量与透过材料 光通量之比的百分数。光通量之比的百分数。 可以说雾度是用来衡量一种材料光散射程度的指标。可以说雾度是用来衡量一种材料光散射程度的指标。 一般说来一般说来,透光率与雾度之间成反比关系透光
40、率与雾度之间成反比关系,即透光率高的材料即透光率高的材料, 雾度低雾度低;反之亦然。但是并不总是如此反之亦然。但是并不总是如此,如毛玻璃的透光率如毛玻璃的透光率 高高,但其雾度也比较大。所以说雾度和透光率是既相互独但其雾度也比较大。所以说雾度和透光率是既相互独 立又相互联系的两个光学指标。立又相互联系的两个光学指标。 2021/3/2341 透光率和雾度二个指标主要表征材料的透光性透光率和雾度二个指标主要表征材料的透光性,而折而折 光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材 料的透光质量。作为透镜使用的树脂料的透光质量。作为透镜使用的树脂,希望其折射希
41、望其折射 率大一点。折射率越大率大一点。折射率越大,其厚度可相应减小。其厚度可相应减小。 双折射即材料的平行方向与垂直方向折射率的差值。双折射即材料的平行方向与垂直方向折射率的差值。 双折射越大双折射越大,越容易造成图像产生外影等现象。材越容易造成图像产生外影等现象。材 料之所以产生双折射现象料之所以产生双折射现象,主要是由于树脂的分子主要是由于树脂的分子 结构和分子的取向两方面决定的。结构和分子的取向两方面决定的。 色散可用阿贝数表示色散可用阿贝数表示,一般材料的折射率越大一般材料的折射率越大,阿贝阿贝 数越小数越小,色散越强。色散越强。 2021/3/2342 透明性的分类透明性的分类 按
42、材料的透光率大小按材料的透光率大小,可将其分为如下三类可将其分为如下三类: 透明材料透明材料波长波长400nm800nm可见光的透光率在可见光的透光率在80%以上以上; 半透明材料半透明材料波长波长400nm800nm可见光的透光率在可见光的透光率在50%80%之间之间; 不透明材料不透明材料波长波长400nm800nm可见光的透光率在可见光的透光率在50%以下。以下。 按上述的分类方法,可将树脂分成如下几类。 (1)透明性树脂 主要包括:PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN(又 称AS)、TPX、HEMA及BS(又称K树脂)等。 其中PES为聚醚砜,J.D系列
43、光学树脂为PES的共聚衍生物,SAN为苯 乙烯/丙烯腈共聚物,TPX为聚甲基戊烯-1,BS为25%丁二烯/75%苯乙烯 共聚物,CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物,HEMA为聚甲基丙烯 酸羟乙酯。 (2)半透明树脂 主要包括PP和PA两种。 (3)不透明树脂 主要包括ABS、POM、PTFE及酚醛树脂等。 2021/3/2343 改进塑料透明性的原理:降低结晶度,控制洁净 的质量,提高折射率,降低双折射。 添加改进塑料的透明性,可以添加成核剂,这是 增大透明树脂透光率最有效的方法,它可以促进结 晶的小分子物质。它在树脂中可以起到晶核的作 用。 共混改进塑料的透明性,就是在透明树脂中加 入其
44、他树脂,提高透明性。 双向拉伸改进塑料的透明性,可以使制品中原 有的结晶颗粒破碎使晶体尺寸变小,到达提高透光 率的目的 2021/3/2344 第三节 塑料的光泽 一.塑料光泽的概念 塑料的光泽即塑料制品表面的光亮程度,具体衡量指 标有光泽度和光洁度两种。 1.光泽度 当光的反射是指材料表面光当光的反射是指材料表面光泽度非常高的情况下的反射度非常高的情况下的反射,反射光线具有明反射光线具有明 确的方向性确的方向性,一般称之为一般称之为镜反射镜反射。光泽度的测量以镜面为参照物。光泽度的测量以镜面为参照物,在规在规 定的入射角下定的入射角下,试样的镜面反射率与同等条件下基准面的反射率之比试样的镜面
45、反射率与同等条件下基准面的反射率之比; 一般光泽度常用百分数表示。一般光泽度常用百分数表示。 塑料制品的光泽度越高塑料制品的光泽度越高,说明其表面越光亮。但塑料制品的光泽度要比镜说明其表面越光亮。但塑料制品的光泽度要比镜 面低面低,需要高光泽度时需要高光泽度时,必须进行电镀及抛光等二次增亮处理。必须进行电镀及抛光等二次增亮处理。 2021/3/2345 通常根据材料表面的光泽,可将材料的表面划分为: 高光泽度表面:物理表面的光泽度为70-90,镜面玻 璃表面的光泽度100%; 半光泽表面:物体表面的光泽度为30%70%: 亚光表面也称蛋壳光泽表面:表面的光泽度为 10%30%; 消光:表面的光
46、泽度为2%15%; 高光泽表面和半光泽表面给人以刺眼的感觉。 2021/3/2346 2. 光洁度光洁度 光洁度是对物体表面状态的一种量度光洁度是对物体表面状态的一种量度,表征物体表表征物体表 面的光滑度及平整程度。光洁度的概念现在常用面的光滑度及平整程度。光洁度的概念现在常用 粗糙度来代替。光照射到粗糙不平的材料表面上粗糙度来代替。光照射到粗糙不平的材料表面上 时时,发生相当的漫反射。发生相当的漫反射。 对一不透明材料对一不透明材料,测量单一入射光束在不同方向上测量单一入射光束在不同方向上 的反射能量。漫反射的原因是由于材料表面粗糙的反射能量。漫反射的原因是由于材料表面粗糙, 在局部地方的入
47、射角参差不一在局部地方的入射角参差不一,反射光的方向也各反射光的方向也各 式各样式各样,致使总的反射能量分散在各个方向上致使总的反射能量分散在各个方向上,形形 成漫反射。材料表面越粗糙成漫反射。材料表面越粗糙,镜反射所占的能量分镜反射所占的能量分 数越小。数越小。 2021/3/2347 3. 塑料光泽改性 改进塑料光泽的方法包括两个方面含义, 一方面是提高塑料制品的表面光泽度,称为 增亮改性;另一方面是降低制品的表面光泽 度,称为消光改性。 2021/3/2348 (1)塑料增亮 A、塑料原料的选取、塑料原料的选取 塑料原料的合理选取是提高塑料制品表面光洁度最基本 的因素,原料选取得好,则光
48、泽度提高容易;反之,则比较困难。 塑料原料可以分成树脂树脂和添加剂两大类。 1)树脂的选择)树脂的选择 树脂本身的特征对塑料制品的表面光泽度影响较大,是 控制塑料制品表面光泽度的最有效方法。 不同的树脂品种其相应制品的光泽性大不相同,一般认 为下列树脂对应制品的光泽性比较好:蜜胺树脂、ABS、 PP、HIPS、PA、POM、PMMA及PPO等,其中蜜胺树脂 和ABS两种光泽性最突出。 2021/3/2349 对同一种树脂而言,合成方法不同,其树脂对应制品光泽 度也不相同。例如: a、对PP而言,不同聚合方法合成品种的光泽度大小如 下:无规共聚PP均聚PP嵌段共聚PP。 b、对PE而言,三种不同
49、品种的光泽度大小如下: LDPELLDPEHDPE c、对PVC而言,乳液法PVC树脂比悬浮法PVC树脂的光 泽度高。 d、对于PS树脂而言,高抗冲聚笨乙烯(HIPS)的光泽 度大于通用聚苯乙烯(GPPS)树脂的特性 2021/3/2350 对同一种树脂而言对同一种树脂而言,其具体特性不同其具体特性不同,光泽度也不相同光泽度也不相同, 在树脂的特性中对光泽度有影响的特性主要有如下几种。在树脂的特性中对光泽度有影响的特性主要有如下几种。 a、熔体流动速率、熔体流动速率(MFR)一般越大一般越大,其相应制品的光泽度其相应制品的光泽度 越大。越大。 b、分子量的影响、分子量的影响 分子量的影响主要体
50、现在分子量分分子量的影响主要体现在分子量分 布宽度上。分子量分布越宽布宽度上。分子量分布越宽,其相应制品的光泽度下降。其相应制品的光泽度下降。 c、吸水率的影响、吸水率的影响 吸水率高的树脂吸水率高的树脂,对其相应制品的光对其相应制品的光 泽度影响较大。如分子中含有酯基(泽度影响较大。如分子中含有酯基(-COOR)及酞胺基)及酞胺基 (-CONH2)的)的PA、PI、PSF及及PC等等,如不进行干燥或干如不进行干燥或干 燥不彻底燥不彻底,会在制品表面产出水波纹、气泡、银丝、斑纹、会在制品表面产出水波纹、气泡、银丝、斑纹、 毛疵等毛疵等,从而使衣面光泽度大大下降。从而使衣面光泽度大大下降。 20
51、21/3/2351 2)添加剂的选择)添加剂的选择 在所有的塑料用添加剂中在所有的塑料用添加剂中,对光泽度影响最大的为填料对光泽度影响最大的为填料; 其次还有增塑剂、稳定剂及阻燃剂等其次还有增塑剂、稳定剂及阻燃剂等,但影响较小。但影响较小。 填料对光泽度的影响可分为如下几个方面填料对光泽度的影响可分为如下几个方面: a、填料的品种、填料的品种 不同填料品种对光泽度的影响不同。不同填料品种对光泽度的影响不同。 除玻璃微珠外几乎所有的填料都会使填充制品的光泽度下除玻璃微珠外几乎所有的填料都会使填充制品的光泽度下 降降,只是下降幅度不同而已。只是下降幅度不同而已。 几种填料对填充制品光泽度几种填料对填充制品光泽度 影响大小次序如下影响大小次序如下:金属盐金属盐玻璃纤维玻璃纤维滑石粉滑石粉云母云母 b、填料的形状、填料的形状 填料粒子的微观形状不同填料粒子的微观形状不同,对填充制品对填充制品 光泽度的影响也不同光泽度的影响也不同,其影响大小的次序为其影响大小的次序为: 球状球状粒状粒状针针 状状片状片状 2021/3/2352 c、填料的粒度、填料的粒度 填料的粒度越小填料的粒度越小,填抖制品的光泽度下降幅度小。
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 描写教师节祝福优美片段50句
- 港澳台居民参加职工基本医疗保险参保缴费办事指南
- 康复训练的效果监测
- 人教版小学六年级下册音乐全册教案
- 2023-2024学年全国初一下历史人教版期末考试试卷(含答案解析)
- 2024版深圳市电子产品经销合同
- 2024版粮食订单合同范本
- 2024版清淤工程合同范本
- 2024-2025学年新教材高中地理 第4单元 环境与发展 单元小结与测评说课稿 鲁教版必修2
- 2024-2025学年新教材高中数学 第二章 一元二次函数、方程和不等式 2.1 等式性质与不等式性质(3)说课稿 新人教A版必修第一册
- CNAS-CC01:2015 管理体系认证机构要求
- 高三英语公开课(试卷讲评课)(课堂PPT)
- 鸡兔同笼-完整版课件PPT
- 【最新】五年级英语上册 Lesson 4 Does Jim like swimming课件4 科普版-人教版小学五年级上册英语课件
- 最新简笔画图片(70页完整)可直接打印涂色
- 色卡 对照表 PANTONE-CMYK
- 心血管介入考试器械植入模拟试题卷
- 英国国际收支特点分析及汇率变化
- 螺杆式压缩机设计
- 基于层次分析法大学生就业选择问题
- 焊接工艺规程WPS模
评论
0/150
提交评论