建筑材料科学

１１．建築材料の光特性反射入射角φ1=反射角φ反射率=反射波の強さ／入射波の強さ入射角が大きいほど、反射率大表面が平滑な（吸収が少ない）ほど、反射率大鏡面反射（正反射）：平滑面での反射乱反射（拡散反射）：凹凸面での反射→散乱光反射率への影響因子物質の種類温度波長金属の反射率：波長が短いほど小さい１１．建築材料の光特性屈折屈折率（媒質１に対する媒質２の屈折率）v1,v2：媒質１および媒質２の光の伝播速度波長の影響波長の長い光：屈折率小、波長の短い光：屈折率大密な物質ほど、光の波長が短く、伝播速度は遅くなる密度が大きいほど、屈折率大フリントガラス鉛含有量が多いほど、屈折率大物質屈折率物質屈折率ソーダ石灰ガラス1.5171ダイヤモンド2.4173軽クリスタルガラス1.5803水（20℃）1.3330重クリスタルガラス1.6555乾いた空気（15℃）1.00028真空に対する屈折率（光の波長：5.983Å）１１．建築材料の光特性吸収・透過物質中 吸収・散乱→光の強さの減少 速度の減少I0=Ia+Is+ItI0：入射光の強さIa：tの距離を進む間に吸収された光の強さIs：管の側面から散乱により失われた光の強さIt：透過光の強さ真の吸収Iaは少なく、ほとんどが散乱光Is吸収した光の強さIa→熱エネルギー→放出透過率=It/I0１１．建築材料の光特性吸収光の持つエネルギーh：プランク定数、ν：光の振動数、c：光の速度、λ：光の波長波長が短いほど光のエネルギーは大きい光⇔物質中の電子でのエネルギーの授受物質の電子 特定の波長の光だけからエネルギーを享受 高エネルギー状態（励起状態）１１．建築材料の光特性吸収セラミックス エネルギーバンド構造バンドギャップエネルギーを持つ光の照射大部分のセラミックス400nm以下の波長に対応するバンドギャップエネルギー可視光は吸収されず透過小さな結晶粒界面での散乱のため光は透過しない価電子帯の電子が吸収電子が伝導帯に励起１２．建築材料の光特性１１．建築材料の光特性透過光の強さ（ランバート-ベアの法則）It=I0(1-R)2exp(-βt)R：表面での反射率

=(n-1)2/(n+1)2n：屈折率β：吸収係数粒内での光吸収粒界、気孔、相境界での散乱（セラミックスの光透過性低下の原因）セラミックスが透明になる条件焼結密度100%（気孔率≒0）異相が存在しない結晶の異方性（結晶軸の方向による屈折率の相違）が小さい１１．建築材料の光特性色の混合減色混合着色フィルターを重ね合わせて透過光を見る場合暗くなる黄色＋青色→緑色加色混合スクリーン上に同時に異なった色光を当てて混色を行う場合明るくなる青色＋黄色→白色１１．建築材料の光特性建築材料の色セラミックスの主成分シリカ（SiO2）、アルミナ（Al2O3）、アルカリ・アルカリ土類イオン単体では無色宝石セラミックスと同じ成分、着色微量の遷移金属イオンによる光吸収母体物質の構造にも依存「結晶場の理論」水分も吸収宝石化学式色水晶SiO2無色アメシストSiO2紫色オパールSiO2・nH2O干渉色ルビーAl2O3赤色サファイアAl2O3青色トパーズAl2SiO4(F,OH)淡黄色アクアマリンBe3Al2Si6O18水色エメラルドBe3Al2Si6O18緑色Cr3+Fe2+，Ti4+Cr3+１２．建築材料の光特性１１．建築材料の光特性建築材料の色結晶場の理論遷移金属イオンによる光の吸収最外殻軌道の電子が関与周囲に陰イオンが配位電子間の静電反発→エネルギー状態の多様な変化Cr3+イオンの場合最もエネルギー的に安定な基底状態緑色（550nm）から紫色（400nm）にかけての光の吸収→ルビーの赤色結晶場がルビー中よりも弱い場合長い波長の光が吸収される、550nmの波長の光吸収なし→エメラルドの緑色１１．建築材料の光特性物体色不透明物体の色物体の表面から発散した光を色として認識表面で反射された光（入射光をそのまま反射した光）＝無色内部に入り込んだ光→内部反射や屈折→選択吸収→再び物体外に出た光＝着色着色ガラス粉末化→表面積の増大→乱反射の増大→白色化水で濡らす、透明樹脂を吹き付ける→粒子表面に膜の形成→乱反射の減少→着色１１．建築材料の光特性表面色非常に強い選択吸収を示す物質反射光に物体色とは異なる色が現出＝表面色アニリン染料の結晶固体状態 緑色（緑色を選択的に反射）水溶液の透過光 紫色（緑色を吸収）白金・銀・金板状 金属光沢（表面色）微粒子 黒色（可視光線を吸収）金箔の透過光 青緑色（表面色と補色関係にある）１２．建築材料の光特性１１．建築材料の光特性偏光性普通の光光の進行する軸周りに対象に分布した横波偏光進行方向の軸を含む特定方向の平面内で振動する光を分離して取り出した光透過する物質の構造・ひずみに関係する屈折光反射面に垂直（入射面に平衡）な振動波を多く含む反射光反射面に平行（入射面に垂直）な振動波を多く含む完全偏光（反射光が全部偏光）反射角+屈折角=90°となる角度（偏光角）で入射した場合屈折率1.57のガラスの偏光角=約57.5°１２．建築材料の光特性１２．建築材料の光特性１１．建築材料の光特性偏光性光学的異方性結晶偏光性あり多くの鉱物、いくつかの有機化合物電