光通過介質(zhì)的現(xiàn)象材料物理性能

光通過介質(zhì)的現(xiàn)象材料物理性能第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日是光通過介質(zhì)時產(chǎn)生的光學現(xiàn)象，包括折射、反射、色散和介質(zhì)對光吸收、散射、透過的一般規(guī)律。材料的光學性能對材料透光性機理的理解。重點難點第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日利用透光性能：制造玻璃、透鏡、棱鏡、濾光鏡、激光器、光導纖維等器件。利用材料的顏色、光澤、半透明度等產(chǎn)生的各式各樣表面效果用于制造建筑瓷磚(面磚)、餐具、藝術(shù)瓷、搪瓷、衛(wèi)生瓷等。利用材料的折射率和色散用于制造光學玻璃等透光材料。光的折射、散射、反射和吸收，以及光澤、乳濁等。這一章里介紹哪幾種光學性能呢？這些光學性能在生產(chǎn)和生活中有哪些應(yīng)用？第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日解釋產(chǎn)生這些光學現(xiàn)象的理論是什么？當外層電子與原子核等值異號的電荷交替變化時，即形成一個交變的電偶極子，電偶極矩在它周圍產(chǎn)生交變電場，交變電場又產(chǎn)生交變磁場，交變磁場再產(chǎn)生交變電場，如此不斷繼續(xù)下去，于是，在電偶極子周圍空間便產(chǎn)生由近及遠的電磁波動，因此，交變電偶極子向空間發(fā)射電磁波。1)經(jīng)典電子模型經(jīng)典電子模型：研究光和物質(zhì)相互作用的微觀過程。2)光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典的觀點光和物質(zhì)相互作用的過程可以看作是組成物質(zhì)的原子或分子體系在入射光波電場的作用下，正負電荷發(fā)生相反方向的位移，并跟隨光波的頻率作受迫振動，產(chǎn)生感生電偶極矩，進而產(chǎn)生電磁波輻射的過程。3)交變電偶極子向空間發(fā)射電磁波第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日n=v真空/v材料=c/v材料介質(zhì)材料可以看作許多線性諧振子的集合，在光波場的作用下，極化的原子或分子輻射的次波與入射光波的相互干涉決定了光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律。一.折射1．折射率的定義1）定義光是具有一定波長的電磁波，光的折射可理解為光在介質(zhì)中傳播速度的降低而產(chǎn)生的。當光從真空進入較致密的材料時,其速度是降低的。折射率定義為：光在真空和材料中的速度之比。5.3光的折射、反射、吸收和散射第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日

2．材料間的相對折射率如果光從材料1，通過界面?zhèn)魅氩牧?時，與界面法向所形成的入射角i1、折射角i2與兩種材料的折射率n1和n2現(xiàn)有下述關(guān)系：v1及v2分別表示光在材料l及2中的傳播速度n21為材料2相對于材料l的相對折射率介質(zhì)的折射率通常由實驗測定，有多種測量方法。對固體介質(zhì)，常用最小偏向角法或自準直法；液體介質(zhì)常用臨界角法（阿貝折射儀）；氣體介質(zhì)則用精密度更高的干涉法（瑞利干涉儀）。第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日該式反映了材料的性質(zhì)對光傳播的影響。對于非磁性材料，r1.由于在無機材料這樣的電介質(zhì)中，μ=1，ε≠l，∴(1)構(gòu)成材料元素的離子半徑1)折射率n與極化率的關(guān)系材料的極化和磁化作用，“拖住”了電磁波的步伐，使電磁波的傳播速度變慢。電磁波在固體中的傳播速度v與反映材料極化特性的相對介電常數(shù)r和磁化特性的相對磁導率r及真空中的光速c有如下的關(guān)系：3．影響折射率的因素麥克斯韋電磁理論介質(zhì)的折射率隨介質(zhì)的介電常數(shù)ε的增大而增大。ε與介質(zhì)的極化現(xiàn)象有關(guān)。當離子半徑增大時，其介電常數(shù)ε增大，因而折射率n也隨之增大。第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日1)均質(zhì)介質(zhì)對于非晶態(tài)和立方晶體材料，當光通過時，光速不因傳播方向改變而變化，材料只有一個折射率，稱為均勻介質(zhì)。2)非均勻介質(zhì)光進入非均質(zhì)介質(zhì)時，一般會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。雙折射：當一束光通過一個介質(zhì)時，分為振動方向相互垂直、傳播速度不等的兩個波，它們分別構(gòu)成兩條折射光線，這種現(xiàn)象稱為雙折射。(2)材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日①常光折射率n0:兩條折射光線中，平行于入射面的光線的折射率稱為常光折射率n0

。特性：不論入射光的入射角如何變化，n0始終為一常數(shù)，因而常光折射率嚴格服從折射定律。②非常光折射率ne:與入射面垂直的光線的折射率，稱為非常光折射率ne

。特性：它不遵守折射定律，隨入射光的方向而變化。雙折射的兩束光束是怎么形成的？有什么特點？利用晶體材料的雙折射性質(zhì)可以制成特殊的光學元件。例如棱鏡、晶體波片、偏光干涉儀、偏光顯微鏡、濾波器等。雙折射的應(yīng)用：第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日具有各向異性結(jié)構(gòu)的。方解石晶體，亦稱冰洲石晶體，即CaCO3，碳酸鈣的六角晶系，是一種典型的雙折射晶體。石英（水晶）、紅寶石、冰等也是雙折射晶體。云母、藍寶石、橄欖石、硫黃等是另一類雙折射晶體。能夠產(chǎn)生雙折射的晶體有哪些？第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日(3)外界因素對折射率的影響材料在機械應(yīng)力、超聲波、電場等的作用下，折射率會發(fā)生改變，如有內(nèi)應(yīng)力存在的透明材料，垂直于受拉主應(yīng)力方向的n大，平行于受拉主應(yīng)力方向的n小。這些效應(yīng)分別稱為光彈性效應(yīng)、聲光效應(yīng)、電光效應(yīng)等。(4)同質(zhì)異構(gòu)體一般情況下，同質(zhì)異構(gòu)材料的高溫晶型原子的密堆積程度低，因此高溫晶型的折射率較低，低溫晶型原子的密堆積程度高，因此其折射率較高。

①石英晶體常溫下的石英晶體，n=1.55，數(shù)值最大；高溫時的鱗石英，n=1.47；方石英，n=l.49。②石英玻璃常溫下的石英玻璃，n=1.46，數(shù)值最小。至于普通鈉鈣硅酸鹽玻璃，n=1.51，比石英的折射率小。第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日發(fā)生折射的本質(zhì)是材料的電磁結(jié)構(gòu)在光波電磁場作用下的極化性質(zhì)或介電性質(zhì)。因為介質(zhì)的極化，拖住了電磁波的傳播，才使光傳播速度變得比真空慢。4．折射率與光速材料的折射率反映了光在該材料中傳播速度的快慢折射率較大者，光的傳播速度較慢，成為光密介質(zhì)。折射率較小者，光的傳播速度較快，稱為光疏介質(zhì)。材料對光表現(xiàn)出的折射現(xiàn)象的本質(zhì)第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日材料的折射率隨波長的變化率稱為色散率

二．色散材料的折射率隨入射光的頻率的減小(或波長的增加)而減小的性質(zhì)，稱為折射率的色散。色散=dn/dλ

復色光分解為單色光而形成光譜的現(xiàn)象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來實現(xiàn)第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日(a)幾種玻璃的色散(b)幾種晶體的色散第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日(1)色散曲線色散曲線如圖所示，色散值可以直接由圖確定。(2)色散系數(shù)：nF：是指用氫光譜中的F線（λF=486.1nm，藍色）為光源測出的折射率。nC：是指用氫光譜中的C線（λC=656.3nm，紅色）為光源測出的折射率。nD：是指用鈉光譜中的D線（λC=589.3nm）為光源測出的折射率。色散的表示方法色散系數(shù)：相對色散第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日用波動性解釋:光射到界面,引起第二種介質(zhì)電偶極子振蕩,發(fā)出子波,折射部分向介質(zhì)2深處傳播,遵守折射定律,剩余部分反射(也由子波),假如介質(zhì)2是相當厚的金屬薄膜,折射很快衰減,幾乎沒有折射，大部分反射三．反射m(%)+A(%)+T(%)=100%光投射到材料表面時，一般產(chǎn)生反射、透過和吸收：用粒子性解釋可認為是反彈.第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.反射率與折射率m稱為反射系數(shù)。根據(jù)能量守恒定律（光在界面上的現(xiàn)象）

W=W′+W″(1－m)稱為透射系數(shù)。2．透射系數(shù)第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日4．界面的反射損失如果介質(zhì)l為空氣，可以認為，n1=1，則n21=n2；如果n1和n2相差很大，那么界面反射損失就嚴重；這意味著在光學系統(tǒng)中當折射率增大時，反射損失增大。

如果n1=n2，則m=0；因此在垂直入射的情況下，幾乎沒有反射損失。（2）光線通過x塊2塊玻璃板的透射設(shè)一塊折射率n=1.5的玻璃，光反射損失為m=0.04，透過部分為1－m=0.96。如果透射光又從另一界面射入空氣，即透過兩個界面，此時透過部分為(1－m)2=0.922。

如果連續(xù)透過x塊平板玻璃，則透過部分應(yīng)為(1－m)2x。（1）反射損失與折射反射率和折射率是由兩種介質(zhì)的折射率決定的。光在界面上的反射的多少取決于兩種介質(zhì)的相對折射率n21。第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.全反射根據(jù)折射定律求臨界角為：sinθc=n2/n1普通玻璃對空氣的臨界角為42°，水對空氣的臨界角為48.5°。當光束從折射率n1較大的光密介質(zhì)進入折射率n2較小的光疏介質(zhì)，即n2<n1時，此時折射角大于入射角。在入射角達到某一角度θc時，折射角等于90°，此時有一條折射光線沿界面?zhèn)鞑?。如果入射角大于θc，就不再有折射線，入射光的能量全部反射回到第一介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為全反射，θc角為全反射的臨界角。利用光的全反射原理制作一種新型光學元件-光導纖維。第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日目前應(yīng)用的光纖是以SiO2為主要原料的纖維，其纖芯芯徑為數(shù)μm到數(shù)百μm。光線進入光纖在纖芯與包層的界面發(fā)生多次全反射，將載帶的信息從一端傳到另一端，從而實現(xiàn)光纖通信。光導纖維材料通常由折射率高的纖芯及折射率低的包層組成，這兩部分對傳輸?shù)墓饩哂袠O高的透過率。第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日A.部分光的能量被吸收，其強度將被減弱；B.介質(zhì)中光的傳播速度比真空中小，且隨波長而變化產(chǎn)生色散現(xiàn)象；C.光在傳播時，遇到結(jié)構(gòu)成分不均勻的微小區(qū)域，有一部分能量偏離原來的傳播方向而向四面八方彌散開來，即發(fā)生散射現(xiàn)象。一束平行光照射材料表面發(fā)生了哪些現(xiàn)象？光的吸收和散射會導致原來傳播方向上的光強減弱光的吸收第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

使介質(zhì)的價電子受到光能而激發(fā)，在電子殼能態(tài)間躍遷，或使電子振動能轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿舆\動的能量，即材料將吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛驘崮芊懦?；光通過介質(zhì)會發(fā)生吸收的本質(zhì)是什么？一．光的吸收光作為一種能量流，在穿過介質(zhì)時:介質(zhì)中的價電子吸收光子能量而激發(fā)，當尚未退激而發(fā)出光子時，在運動中與其它分子碰撞，使電子的能量轉(zhuǎn)變成分子的動能亦即熱能。從而構(gòu)成了光能的衰減。這就是光的吸收。第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日朗伯特定律設(shè)有一塊厚度為x的平板材料(如圖)，入射光的強度為I0，通過此材料后光強度為I′。選取其中一薄層，并認為光通過此薄層的吸收損失–dI，它正比于在此處的光強度和薄層的厚度dx，即:-dI=αIdx,1．吸收規(guī)律光強度隨厚度的變化符合指數(shù)衰減規(guī)律。此式稱為朗伯特定律。式中α為物質(zhì)對光的吸收系數(shù)，其單位為cm-1。α取決于材料的性質(zhì)和光的波長。α越大材料越厚，光就被吸收得越多，因而透過后的光強度就越小。第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日根據(jù)光的波長，可將光進行如下劃分：

γ射線—X射線—紫外光（10～400nm）—可見光(400～760nm)—紅外光(760～106nm)—無線電波2．光吸收與光波長的關(guān)系1)可見光區(qū)（400～760nm）材料對光的吸收過程基于原子中價電子接受光能后，由低能級（E1）向高能級（E2）躍遷。當兩個能級的能量差（E2-E1=hν=Eg，h為普照朗克常數(shù)，v為頻率）等于可見光的能量時，相應(yīng)的波長的光就被吸收，從而呈現(xiàn)顏色。Eg越小，吸收的光的波長愈長，呈現(xiàn)的顏色愈深；反之，能級差Eg愈大，吸收光的波長愈短，則呈現(xiàn)的顏色愈淺。

任何物質(zhì)都只對特定的波長范圍表現(xiàn)為透明的，對另一些波長范圍則不透明。第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日不同材料對可見光的吸收不同，從圖中可見，金屬和半導體的吸收系數(shù)都是很大的；電介質(zhì)材料，包括玻璃、陶瓷等無機材料的大部分在這個波譜區(qū)內(nèi)都有良好的透過性。也就是說吸收系數(shù)很小。第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2）紫外區(qū)（10～400nm）無色透明的材料的紫外吸收現(xiàn)象：不同于離子著色，不出現(xiàn)吸收峰，而是一個連續(xù)的吸收區(qū)。透光區(qū)與吸收區(qū)之間有一條坡度很陡的分界線，通常稱為吸收極限。小于吸收極限的波長完全吸收，大于吸收極限的波長則全部透過。這是因為波長愈短，光子能量越來越大。當光子能量達到禁帶寬度時，電子就會吸收光子能量從滿帶（基態(tài)）躍遷到導帶（激發(fā)態(tài)），此時吸收系數(shù)將驟然增大。第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日金屬、半導體和電介質(zhì)的吸收率隨波長的變化第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日3）紅外區(qū)（760～106nm）紅外區(qū)的吸收是屬于分子光譜。吸收過程：吸收主要是由于紅外光（電磁波）的頻率與材料中分子振子（或相當于分子大小的原子團）的本征頻率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在紅外區(qū)的吸收峰是因為離子的彈性振動與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致。第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日

同一種物質(zhì)對某一種波長的吸收系數(shù)非常大，而對另一種波長的吸收系數(shù)非常小的現(xiàn)象稱為“選擇吸收”。透明材料的選擇吸收使其呈不同的顏色。如果介質(zhì)在可見光范圍對各種波長的吸收程度相同,則稱為均勻吸收。在此情況下,隨著吸收程度的增加,顏色從灰變到黑。3．選擇性吸收與均勻吸收第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日（1）探求物質(zhì)的化學組成成份太陽光譜是典型的暗線吸收光譜，在其連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)有一條條的暗線－夫瑯和費譜線A、B、C、D、…

其是太陽大氣進行選擇吸收的結(jié)果。由此可知太陽表面包含哪些元素。其表面：氫（體積占80%）、氦（18%）、還有鈉、氧、鐵、鈣等60種元素。（2）新元素的發(fā)現(xiàn)氦、銫、銣、鉈、銦等元素的發(fā)現(xiàn)

1868年法國人嚴森在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)一些不知來源的暗線；英國天文學家洛克厄把這一現(xiàn)象解釋為存在一種未知的元素，并將它取名為helium（氦）。由于原子吸收光譜的靈敏度很高，混合物或化合物中極少量原子含量的變化，會在光譜中反映出吸收系數(shù)很大的改變。歷史上就曾靠這種方法發(fā)現(xiàn)了銫、銣、鉈、銦、鎵等多種新元素。由此也可以用這種方法來測定物質(zhì)中某一種元素的含量。4、應(yīng)用第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日光在通過氣體、液體、固體等介質(zhì)時，遇到煙塵、微粒、懸浮液或者結(jié)構(gòu)不均勻的微小區(qū)域，都會有一部分能量偏離原來的傳播方向而向四面八方彌散開來,這種現(xiàn)象稱為散射。二．介質(zhì)對光的散射1．散射的概念第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日散射規(guī)律由于散射，光在前進方向上的強度減弱了，對于相分布均勻的材料，其減弱的規(guī)律與吸收規(guī)律具有相同的形式:式中，I為在光前進方向上的剩余強度。S為散射系數(shù)其單位為cm-1，散射系數(shù)與散射(質(zhì)點)的大小、數(shù)量以及散射質(zhì)點與基體的相對折射率等因素有關(guān)。吸收定律與散射規(guī)律統(tǒng)一：第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日透光性=I/I0三．材料的透光性透光性是指光能通過材料后，剩余光能所占的百分比。按照圖所示，將光源光電流強度I0，然后在光路中插入一厚度為x的無機材料，同樣測得剩余光電流強度I。1.計算第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日光通過厚度為x的透明陶瓷片時，各種光能的損失見圖所示。1）反射損失L①

強度為I0的光束垂直地入射到陶瓷左表面。由于陶瓷片與左側(cè)空間介質(zhì)之間存在相對折射率n21，因而在表面上有反射損失：2）吸收損失L②與散射損失L③

這一部分光能穿過厚度為x的材料后，又消耗于吸收損失②和散射損失③。到達材料右表面時，光強度剩下：I0(1-m)e-(α+S)x。2．光能損失此時，透進材料中的光強度為I0(1-m)。第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日3）反射損失L④

再經(jīng)過表面，一部分光能反射進材料內(nèi)部，其數(shù)量為L④=I0(1-m)e-(α+S)x

另一部分傳至右側(cè)空間，其光強度為注意：上式中所得的I中并未包括L④反射回去的光能。I=I0(1-m)2e-(α+S)x

顯然I/I0才是真正的透光率第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日1）吸收系數(shù)對于陶瓷、玻璃等電介質(zhì)材料，材料的吸收率或吸收系數(shù)在可見光范圍內(nèi)是比較低的，見圖4.4所示，這部分損失較小，在影響透光率中不占主導地位。2）反射系數(shù)反射損失對材料的透光性影響比較大。材料對周圍環(huán)境的相對折射率大，反射損失也大。另外，界面反射也影響透光性能。3）散射系數(shù)散射對材料的透光性影響最大。

材料的宏觀及顯微缺陷均能引起散射材料中的夾雜物、摻雜在不均勻界面上形成相對折射率。此值越大則反射系數(shù)越大，散射因子也越大，因而散射系數(shù)變大。3．影響材料透光性的因素第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日1．提高原材料純度，降低雜質(zhì)對光的散射損失。2．摻加外加劑，降低材料的氣孔率，可有效提高材料的透光性，由于外加劑本身也是雜質(zhì)，所以摻多了也會影響透光性。3．采取適當?shù)墓に嚧胧┡懦龤饪?，使晶粒定向排列，可提高材料的透光性。四．提高材料透光性的措施第三十七頁，共五十五頁?022年，8月28日一．鏡反射和漫反射1．鏡反射1）概念

材料表面光潔度非常高的情況下，反射光線具有明確的方向性，一般稱之為鏡反射。2）應(yīng)用

鏡反射在光學材料中得到各種應(yīng)用。雕花玻璃器皿，花瓶、果盤等；寶石、鏡子等。鏡反射的物理現(xiàn)象應(yīng)用第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2．漫反射1）概念：

當光照射到粗糙不平的材料表面上時，發(fā)生的反射為漫反射。2）漫反射的原因由于材料表面粗糙，在局部地方的入射角參差不一，反射光的方向也各式各樣，致使總的反射能量分散在各個方向上，形成漫反射。材料表面越粗糙，鏡反射所占的能量分數(shù)越小。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日光澤度與鏡反射和漫反射的相對程度有關(guān)二．光澤光澤主要由折射率和表面光潔度決定。要獲得高的表面光澤，需提高材料表面的光潔度，形成完整的光滑表面。要減小光澤度，需增加表面的粗糙度。第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日1.材料的透明與乳濁1）要獲得高度乳濁（不透明性）和覆蓋能力,就要求光在達到具有不同光學特性的底層之前被漫反射掉。2）要獲得高的半透明性，光應(yīng)該被散射。一．不透明性鏡面反射和漫反射(a)釉(b)毛玻璃或瓷體漫反射的物理現(xiàn)象應(yīng)用第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.影響材料乳濁的主要因素：①顆粒尺寸；②顆粒與基體的相對折射率；③第二相顆粒的體積百分比。3.散射效果為了得到最大的散射效果，①顆粒及基體材料的折射率數(shù)值應(yīng)當有較大的差別；②顆粒尺寸應(yīng)當和入射波長相當；③顆粒的體積分數(shù)要高。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日使玻璃、陶瓷釉和琺瑯呈乳白不透明的物質(zhì)。在燒成時溶解在玻璃熔體內(nèi)，在冷卻時析出成極小晶體或未溶解而殘留在玻璃體內(nèi)，因而透明的玻璃變成乳濁。使光線散射，不能完全透過，常用含有氟和磷的化合物，如螢石、冰晶石、氟硅酸鈉、磷酸鈣和骨粉等。也可用二氧化錫、二氧化鈦、二氧化鋯和鋯英石等

二．乳濁劑能夠在玻璃基體中形成折射率與基體顯著不同的小顆粒第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日1）反射率m∞對于無限厚的釉層，其反射率m∞等于釉層的總反射的分數(shù)。對于沒有光吸收的釉層，m∞=l。吸收系數(shù)大的材料，其反射率低。m∞決定于吸收系數(shù)和散射系數(shù)之比1.乳濁機理入射光被反射、吸收和透射所占的分數(shù)取決于釉層的厚度、釉的散射和吸收特性。第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日實際釉層的m∞下面分兩種情況分析：①釉層與底材之間的反射率m=0,則釉層表面的反射率為m0；②與反射率為m′的底材相接觸的釉層的表面光反射率mR′為：上式表明，當?shù)撞牡姆瓷渎?、散射系?shù)、釉層厚度以及釉層反射率增加時，實際反射率也增加。用高的反射率、厚的釉層和高的散射系數(shù),可得到良好的乳濁效果2）乳濁能力CR′=m0／mR′稱為乳濁能力。取基底的反射率m′=0.80則C′0.80=m0／m0.80

式中m0.80是指基底反射率為0.80時，釉層表面的反射率。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日Al2O3瓷與氣相的相對折射率n21≈1.80。氣孔的尺寸通常和原料的原始顆粒尺寸相當，一般是0.5～2.0μm，接近于入射光的波長，所以散射最大。如圖，當氣孔率增加到3％左右時，透射率將降低到0.01％；當氣孔率降低到0.3％時，透射率仍然只有完全致密試件的10％。，四．半透明性1．乳白玻璃乳白玻璃和半透明瓷器(包括半透明釉)的一個重要光學性質(zhì)是半透明性。漫反射和漫透射的分數(shù)對于材料的半透明性起著決定作用。對于乳白玻璃來說，達到漫透射的方法是：具有明顯的散射而吸收最小2．氧化物陶瓷半透明性幾乎只取決于氣孔的含量1）單相氧化物陶瓷含有小氣孔率的高密度單相陶瓷，半透明度是衡量殘留氣孔率的一種敏感的尺度含有少量氣孔的多晶Al2O3瓷的透射率第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日一般瓷體由折射率接近1.5的玻璃、莫來石和石英構(gòu)成。莫來石在陶瓷體內(nèi)對于散射和降低半透明性起著主要的作用。

提高半透明性的主要方法：①增加玻璃含量，減少莫來石的量。提高長石對粘土的比例可實現(xiàn)此要求。②把制品加熱到足夠高的溫度,因而致密化過程得以充分進行，這樣可得到半透明瓷。③調(diào)整各個相的折射率使之有較好的匹配。2）半透明陶瓷半透明性是一些實用陶瓷的主要的鑒定指標。第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日一．顯色的原因

顯色的原因是由于著色劑對光的選擇性吸收而引起選擇性反射或選擇性透射，從而顯現(xiàn)顏色。從本質(zhì)上說，某種物質(zhì)對光的選擇性吸收，是吸收了連續(xù)光譜中特定波長的光量子，以激發(fā)吸收物質(zhì)本身原子的電子躍遷。材料顏色第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日2）過渡金屬離子-選擇吸收可見光過渡元素的次外層有未成對的d電子,不穩(wěn)定,能量較高,需要較少的能量即可激發(fā),能選擇吸收可見光。例如Co2+吸收橙、黃和部分綠光，呈帶紫色的藍光；Cu2+吸收紅、橙、黃及紫光，讓藍、綠光通過；Cr3+吸收橙、黃，呈紫色；1）簡單離子-選擇吸收紫外光-無色外層電子是惰性氣體型或銅型的電子層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,需要較大的能量才能激發(fā)電子進上層軌道,可見光的能量不足以使其激發(fā),需要吸收波長較短的量子來激發(fā)外層電子,因而選擇吸收紫外光,對可見光則無影響,因此往往是無色的。二．著色劑1.著色離子第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日3）稀土元素（鑭系元素）-選擇吸收可見光鑭系元素的第三外層含未成對的f電子，在4f層有未充滿（即不配對）的電子,不穩(wěn)定,能量較高,需要較少的能量即可激發(fā)，能選擇吸收可見光。4）復合離子復合離子如其中有顯色的簡單離子則會顯色;如全為無色離子,但互作用強烈,產(chǎn)生較大的極化,也會由軌道變形,而激發(fā)吸收可見光。如V5+,Cr6+,Mn7+,O2-均無色,但VO3-

顯黃色,CrO42-呈黃色,MnO4-顯紫色?；衔锏念伾嗳Q于離子的顏色。離子有色則化合物必然有色。第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日2）非金屬膠體著色硫硒化鎘膠體著色。以硫硒化鎘膠體著色的硒紅寶石，總能得到色調(diào)相同、顏色鮮艷的大紅玻璃。非金屬膠體粒子的著色主要決定于它的化學組成，粒子尺寸的影響很小。1）金屬膠體著色金屬著色劑吸收的光譜或呈現(xiàn)的色調(diào),決定于膠體粒子的大小。膠體著色的著色劑最常見的有膠體金(紅)、銀(黃)、銅(紅)。d<20nm時，溶液逐漸變成接近金鹽溶液的弱黃色；