玻璃的光学性质学习教案

1、会计学1玻璃玻璃(b l)的光学性质的光学性质第一页，共45页。消耗消耗(xioho)能量能量第1页/共44页第二页，共45页。iiiiiiiiiiiiRVRRVRVVRVRn312/1/21由于由于(yuy)极化率较大而利于提高折射率极化率较大而利于提高折射率由于分子体积较小而利于提高折射率由于分子体积较小而利于提高折射率第2页/共44页第三页，共45页。第3页/共44页第四页，共45页。第4页/共44页第五页，共45页。n例如例如（ nd - nD ）/（ nF - nc ）等）等cFDnnn1第5页/共44页第六页，共45页。2)11(nnR8.3.1 反射(fnsh)第6页/共44页第

2、七页，共45页。242222)cos1 ()(rVMdddIr颗粒颗粒(kl)的数量的数量颗粒的体积颗粒的体积观测点的距离（样品厚度）观测点的距离（样品厚度）入射光波长入射光波长颗粒的光密度颗粒的光密度第7页/共44页第八页，共45页。clalIeII00着色剂的吸收系数着色剂的吸收系数着色剂的浓度着色剂的浓度(nngd)第8页/共44页第九页，共45页。紫外吸收(xshu)极限红外吸收极限2700nm1400nm4250nm193nm5000nm第9页/共44页第十页，共45页。第10页/共44页第十一页，共45页。第11页/共44页第十二页，共45页。1. 惰性气体惰性气体(duxng q

3、 t)型阳离子：电子层结构稳定，不变价型阳离子：电子层结构稳定，不变价 无色、不吸收紫外线，其中无色、不吸收紫外线，其中Ce4+例外。它虽属惰性气体例外。它虽属惰性气体(duxng q t)型阳离子，但在玻璃中变价，强烈地吸收紫外线。型阳离子，但在玻璃中变价，强烈地吸收紫外线。2. 18或或18+2电子壳阳离子：这类离子的电子层结构也相当稳定，但不及电子壳阳离子：这类离子的电子层结构也相当稳定，但不及惰性气体型离子。它们的特点是极化率大惰性气体型离子。它们的特点是极化率大(易被极化易被极化)、变价、吸收紫外线。、变价、吸收紫外线。离子本身无色，但其化合物可能有色离子本身无色，但其化合物可能有色

4、(如硫化物、硒化物等如硫化物、硒化物等)。在玻璃中一般。在玻璃中一般较容易还原为金属状态。较容易还原为金属状态。3. 不饱和电子壳阳离子不饱和电子壳阳离子(属于过渡元素属于过渡元素):这类离子的这类离子的3d或或4f轨道是部分填充或轨道是部分填充或不饱和的。电子层结构很不稳定，突出表现在它们在玻璃中有色、变价、吸收紫不饱和的。电子层结构很不稳定，突出表现在它们在玻璃中有色、变价、吸收紫外线等特征。但也有例外，外线等特征。但也有例外，Co、Ni、Pu、Nd虽属变价元素，但在玻璃中一虽属变价元素，但在玻璃中一般不变价，常以般不变价，常以Co2+、Ni2+、Pr3+、Nd3+状态存在。状态存在。第1

5、2页/共44页第十三页，共45页。第13页/共44页第十四页，共45页。第14页/共44页第十五页，共45页。稀土元素的电子能级和谱线比一般元素更多种多样，它们可以吸收或发稀土元素的电子能级和谱线比一般元素更多种多样，它们可以吸收或发射从紫外，可见到红外区的各种波长的电磁辐射。稀士元素也是良好的射从紫外，可见到红外区的各种波长的电磁辐射。稀士元素也是良好的荧光和激光物质。荧光和激光物质。 具有具有(jyu)f0，f14结构的结构的La3+和和Lu3+在在200100nm区城无吸收，区城无吸收，故无色。故无色。 具有具有(jyu)f7、f1、f6、f8的离子吸收峰全部或极大部分在紫外区的离子吸收

6、峰全部或极大部分在紫外区，具有，具有(jyu)f13的离子吸收峰在红外区，所以都无色。的离子吸收峰在红外区，所以都无色。 具有具有(jyu)fx和和f14-x的离子的颜色基本一样。的离子的颜色基本一样。第15页/共44页第十六页，共45页。 在游离氧较少的酸性玻璃中，离子趋在游离氧较少的酸性玻璃中，离子趋向向(qxing)形成低价位和高配位；而在形成低价位和高配位；而在碱性玻璃中，则趋向碱性玻璃中，则趋向(qxing)形成高价形成高价位，低配位。位，低配位。Cr6+ Mn3+ Ce4+ V5+ Cu2+ As5+ Sb5+ Fe3+ Sn4+ 熔制温度越高、熔制时间越长，越熔制温度越高、熔制时

7、间越长，越有利于高价氧化物的分解，使离子从有利于高价氧化物的分解，使离子从高价转向低价。高价转向低价。 一般着色离子加入量越多，它在玻璃一般着色离子加入量越多，它在玻璃中价态的平衡是朝着高价、低配位的方向中价态的平衡是朝着高价、低配位的方向移动。移动。第16页/共44页第十七页，共45页。特性随之发生变化。特性随之发生变化。n（2）根据玻璃的组成推测着色离）根据玻璃的组成推测着色离子在玻璃中的配位状况，从而估计子在玻璃中的配位状况，从而估计离子吸收波长的位置及颜色随成分离子吸收波长的位置及颜色随成分递变的规律递变的规律n（3）配位场理论对过渡金属离子）配位场理论对过渡金属离子着色的解释（简并能

8、级的分裂）着色的解释（简并能级的分裂）第17页/共44页第十八页，共45页。n（3(pi wi)状状态、价态的影响态、价态的影响n（4）受温度的影响）受温度的影响 外来阳离子场强越大，则氧离子被其极化增大外来阳离子场强越大，则氧离子被其极化增大(zn d)，对着色离子的有效电，对着色离子的有效电场减弱，能级分裂减小，吸收带往长波方向移动；场减弱，能级分裂减小，吸收带往长波方向移动； 阳离子半径较大时，因氧离子对其屏蔽不完全，使阳离子部分正电场进入着色阳离子半径较大时，因氧离子对其屏蔽不完全，使阳离子部分正电场进入着色离子配位场中，消耗了部分氧离子对着色离子的有效电场，因此，使吸收带向长波离子配

9、位场中，消耗了部分氧离子对着色离子的有效电场，因此，使吸收带向长波方向移动方向移动 四配位：有效电场中心距离配位体较远，因四配位：有效电场中心距离配位体较远，因此能级分裂后能量差较小，吸收带较六配位的往此能级分裂后能量差较小，吸收带较六配位的往长波方向移动。长波方向移动。 同一着色离子，价态增加时，有效电场强度大，所以同一着色离子，价态增加时，有效电场强度大，所以能级分裂后能量差较大，吸收带往短波方向移动。能级分裂后能量差较大，吸收带往短波方向移动。温度升高，着色离子至配位体中心较远温度升高，着色离子至配位体中心较远，导致有效电场强度下降，吸收带往长，导致有效电场强度下降，吸收带往长波方向移动

10、波方向移动第18页/共44页第十九页，共45页。第19页/共44页第二十页，共45页。第20页/共44页第二十一页，共45页。很大时，则反过来，对蓝色的吸收多于紫色很大时，则反过来，对蓝色的吸收多于紫色和红色。和红色。第21页/共44页第二十二页，共45页。Mn2+Mn3+第22页/共44页第二十三页，共45页。Cu若以若以CuO：1为中心为中心(纯绿纯绿)，适当调配，适当调配Cu和和Cr的的比例，可以得出由黄绿到蓝绿的全部色调。比例，可以得出由黄绿到蓝绿的全部色调。第23页/共44页第二十四页，共45页。Co2+Cu2+第24页/共44页第二十五页，共45页。nFe和和Mn的混合着色的混合着

11、色n因为因为Mn和和Fe都存在多种价态，在不同的混合着都存在多种价态，在不同的混合着色剂比例、熔制温度和气氛下，可以互相氧化还原，色剂比例、熔制温度和气氛下，可以互相氧化还原，产生产生(chnshng)由褐紫色到黄棕色一系列颜色变化。由褐紫色到黄棕色一系列颜色变化。第25页/共44页第二十六页，共45页。第26页/共44页第二十七页，共45页。第27页/共44页第二十八页，共45页。第28页/共44页第二十九页，共45页。颜色不纯颜色不纯欲获得良好的琥珀色，必须欲获得良好的琥珀色，必须充分注意原料的纯度。例如石英砂中的充分注意原料的纯度。例如石英砂中的Fe含量要严加控制，原料含量要严加控制，原

12、料Fe含量越多，含量越多，越有利于形成越有利于形成FeS而使玻璃颜色发暗而使玻璃颜色发暗。产生气泡产生气泡在还原条件下，硫酸盐在还原条件下，硫酸盐(特别特别是亚硫酸盐是亚硫酸盐)就会发生分解，产生氧就会发生分解，产生氧气或二氧化硫，而以气泡形式逸出气或二氧化硫，而以气泡形式逸出。第29页/共44页第三十页，共45页。第30页/共44页第三十一页，共45页。第31页/共44页第三十二页，共45页。第32页/共44页第三十三页，共45页。第33页/共44页第三十四页，共45页。第34页/共44页第三十五页，共45页。Ce4+在紫外线照射下，在紫外线照射下，Ce3+离子中的离子中的4f电电子被激发出

13、来子被激发出来(ch li)与与Ag+(或或Cu+、Au+)结合，形成银结合，形成银原子原子Ag0(或或Cu0 、Au0) 在高温下在高温下Cu、Ag、Au大多都以离子状态存在于玻璃中大多都以离子状态存在于玻璃中(当然也不排除有原子状态，特别是金当然也不排除有原子状态，特别是金)。玻璃自高温降温，由于。玻璃自高温降温，由于(yuy)冷却速度较大，这些离子冻结而保留在玻璃中，因此随后必须把金属离子还原为金属原子。还原一般通过下列两种方法来实现。冷却速度较大，这些离子冻结而保留在玻璃中，因此随后必须把金属离子还原为金属原子。还原一般通过下列两种方法来实现。第35页/共44页第三十六页，共45页。第

14、36页/共44页第三十七页，共45页。1.曝光着色曝光着色 曝光着色一般认为是玻璃在太阳光中的紫曝光着色一般认为是玻璃在太阳光中的紫外线照射下，从玻璃结构中或变价离子中击外线照射下，从玻璃结构中或变价离子中击出电子而引起的。这些电子在玻璃中游动，出电子而引起的。这些电子在玻璃中游动，直到在结构中某处被捕获为止。负离子空穴直到在结构中某处被捕获为止。负离子空穴、缺位空穴、结构缺陷或变价离子等都是捕、缺位空穴、结构缺陷或变价离子等都是捕获电子者，由此而形成的新的电子结构，通获电子者，由此而形成的新的电子结构，通常称之为色心，它将在可见光区产生特定波常称之为色心，它将在可见光区产生特定波长的光吸收。

15、另外在紫外线照射下产生的正长的光吸收。另外在紫外线照射下产生的正电荷空穴，被结构缺陷或变价离子所捕获，电荷空穴，被结构缺陷或变价离子所捕获，也可能产生色心。也可能产生色心。 含有含有Mn和和Fe的玻璃在太阳光照射下，从二的玻璃在太阳光照射下，从二份锰离子击出二个电子，为三价份锰离子击出二个电子，为三价Fe离子所捕离子所捕获，产生光化学反应：获，产生光化学反应： Fe3+Mn2+Fe2+Mn3+ 使玻璃从原来使玻璃从原来(yunli)的淡黄绿色转变为的淡黄绿色转变为浅紫红色。玻璃经退火后，这种变化又会复浅紫红色。玻璃经退火后，这种变化又会复原。由于普通玻璃都含有原。由于普通玻璃都含有Fe等有害杂

16、质，因等有害杂质，因此曝光着色是一种普遍现象。此曝光着色是一种普遍现象。2.辐射着色辐射着色 玻璃在高能射线玻璃在高能射线(如如-射线、中子和射线、中子和和和粒粒子射线等子射线等)辐照下，发生变色和结构破坏的辐照下，发生变色和结构破坏的作用。着色的特性和深度与玻璃的组成和辐作用。着色的特性和深度与玻璃的组成和辐射剂量有关。射剂量有关。和和粒子因带有电荷，在玻璃中穿透粒子因带有电荷，在玻璃中穿透(chun tu)深度很小，仅在玻璃表面薄层深度很小，仅在玻璃表面薄层引起着色。引起着色。-射线和中子则能穿透射线和中子则能穿透(chun tu)很厚的很厚的玻璃，并使其全程着色。就玻璃，并使其全程着色。

17、就-射线来说，它射线来说，它与玻璃的作用方式随与玻璃的作用方式随光子能量不同而异。光子能量不同而异。辐射着色过程的可逆性辐射着色过程的可逆性一、玻璃的辐射着色一、玻璃的辐射着色 在太阳光、紫外线、在太阳光、紫外线、x射线、射线、射线以及激光照射下，玻璃将发生着色、变色、发光、结构改变和结构破坏等现象，射线以及激光照射下，玻璃将发生着色、变色、发光、结构改变和结构破坏等现象，玻璃的辐射着色包括曝光着色和高能辐射着色两种类型。玻璃的辐射着色包括曝光着色和高能辐射着色两种类型。第37页/共44页第三十八页，共45页。第38页/共44页第三十九页，共45页。第39页/共44页第四十页，共45页。第40页/共44页第四十一页，共45页。第41页/共44页第四十二页，共45页。着色，不能完着色，不能完全全(wnqun)消除玻璃的颜消除玻璃的颜色。色。第42页/共44