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第6節(jié) 光學(xué)性能

一種光學(xué)材料的光學(xué)性能主要包括各種透過、吸收、折射、反射、偏振等性能。有時要求對光的某波段有最高透過，而對另一波段卻要求最大的吸收，一般而言無色的光學(xué)材料在可見光波段里是沒有吸收的。在這里對高聚物光導(dǎo)性能及耐光老化作一些介紹。

一、光在介質(zhì)中傳播

如圖，當(dāng)一條入射光投射在（折射率分別為n₁和n₂）的界面時,若n₁＞n₂.則隨入射角的變化會有三種情況發(fā)生。（a）、當(dāng)入射光的入射角較小為 ₀投射時，光線則在介質(zhì)n₂中以折射角 ₁發(fā)生折射，同時另一部分光仍在介質(zhì)n₁內(nèi)反射； (b)、當(dāng)入射角逐漸增大，則光在介質(zhì)n₂中的折射就偏離法線，接近界面。當(dāng)入射角增大至 _c時,折射的光線就沿二介質(zhì)的界面穿過,這時入射角稱為臨界入射角。(c)、當(dāng)入射光的入射角大于 _c時，所有光線都將在介質(zhì)n₁內(nèi)反射，而在介質(zhì)n₂中將不發(fā)生折射，這種情況稱光線的全反射。

臨界角 _c=arcsin ，因空氣的折射率n₂=1，則透明介質(zhì)所成的圓柱體，要使光線從一端進入，經(jīng)過多次全反射將光線全部傳到另一端，若該介質(zhì)的折射率為1.4，則 _c=45.5⁰。顯然介質(zhì)的折射率越大，臨界角就越小。

根據(jù)洛倫滋-洛倫斯方程式，介質(zhì)的折射率n與其極化率a之間的關(guān)系為：

M—分子量 --密度 N_a---阿佛加德羅常數(shù)

無定型透明聚合物作光導(dǎo)材料還不多。主要有：聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃），聚苯乙烯，聚碳酸酯（防彈玻璃），氘代有機玻璃等。光導(dǎo)元件可以是棒狀材料中的傳導(dǎo)可作為一個例子。如圖

設(shè)此棒有折射率較高的聚合物n₁ 制成�？諝獾恼凵渎蕿閚₂ ，關(guān)學(xué)棒的端面是平的。投射角為 的入射光線在入射口端以和棒材軸成 的交角折射進入聚合物n₁內(nèi)。如該折射線和管壁法線的交角 ₀大于臨界角 _c，則根據(jù)上述原理，該光線就在棒材的邊上發(fā)生全反射，經(jīng)過多次這種全反射后，光線就從棒材的另一端射出，這樣就完成了對光線的傳播，若投射角 很大，即 ₀′＜ _c從而使一部分光線從棒材折射出去，這部分光就基本損耗掉了，不能繼續(xù)在光導(dǎo)材料里傳播，而且經(jīng)過多次的反射和折射后，棒材中的光線就會減少到零。最后使光線不能從棒材的另一端射出。

如果聚合物折射率為1.49，當(dāng)光線自空氣中射入時的全反射的臨界角為42⁰10′。故只要聚合物棒的彎曲不超過臨界角42⁰10′，就能使光線自一端射入，而從另一端傳播出來。利用這一特性就能作光的傳遞工具和發(fā)光的裝飾文字。例如，在節(jié)日的晚上，小朋友拿一個手電筒，在電筒一頭插著一束透明的塑料絲。電筒一開，在塑料絲末梢就會出現(xiàn)星星點點的亮光。

二、耐光性

運行在室外的電線電纜，要受日光的作用。某些高聚物會吸收光輻射產(chǎn)生光化反應(yīng)。輻射到地球的光經(jīng)過大氣、水分、塵埃等的吸收，絕大多數(shù)被吸收，到達地球表面的日光占總數(shù)的 一半，屬于300-400nm附近的紫外光區(qū)。這部分的能量在280-420KJ／mol,因為高分子中共價鍵的鍵能通常只有200-600KJ／mol,因為這部分光的能量是以使很多化學(xué)鍵的斷裂。

高聚物對輻射能的吸收是有選擇性的，某種結(jié)構(gòu)的高聚物只能對某范圍的波長有吸收性的，例如（- -）能吸收187-320nm的光；C=C能吸收195-250nm波長的光，C-C能吸收波長135nm的光.因此照射到地球的紫外線，只能為含有醛、酮等羰基以及雙鍵的高聚物吸收，引起光化反應(yīng)；而不被只含C-C鍵的聚烯烴所吸收。

當(dāng)一個分子吸收紫外能，會變成活化分子。被活化的分子如果不能將它吸收的能量在分子碰撞時傳遞給另一個分子或以較長的波長重新發(fā)射出來，以光或熱形式散發(fā)掉，被活化的分子會引起它本身或鄰近分子的光化反應(yīng)。

滌綸和尼龍，因分子結(jié)構(gòu)中含有羰基，因此其耐光性較差；天然橡膠等二烯烴類橡膠因含有較多的雙鍵對光照也很靈敏，部分降解，部分交聯(lián)，性能很快變壞，老化。

純聚氯乙烯對光照穩(wěn)定的，并不吸收300-400nm紫外線。但聚氯乙烯熱降解產(chǎn)生少量雙鍵和羰基，就能吸收紫外線而引起光化反應(yīng)，從住鏈脫出HCL.

飽和烷烴并不吸收日光，因此飽和高聚物如乙丙橡膠，丁基橡膠、硅橡膠。但少量羰基，不飽和鍵，氫過氧化基團，催化劑殘基或過度金屬等其它雜質(zhì)則可促使聚烯烴的光氧化反應(yīng)。

此外，某些類型的抗氧劑，也能促進聚合物的光降解，如在聚乙烯中，有些酚類和胺類抗氧劑能抑制加工時（140-200）的熱氧化反應(yīng)，但又加速光氧化反應(yīng)。

聚四氟乙烯和聚三氟乙烯對紫外光的作用是穩(wěn)定的，純的，不含單體的聚苯乙烯即使在氧存在的情況下對紫外光也是相當(dāng)穩(wěn)定。

對于實際使用的橡皮和塑料來說，與純的高聚物不同，一方面在橡皮和塑料中配合劑可能改變高聚物對光的敏感性。如果配合劑如橡膠中加入的抗

第6節(jié) 光學(xué)性能

一種光學(xué)材料的光學(xué)性能主要包括各種透過、吸收、折射、反射、偏振等性能。有時要求對光的某波段有最高透過，而對另一波段卻要求最大的吸收，一般而言無色的光學(xué)材料在可見光波段里是沒有吸收的。在這里對高聚物光導(dǎo)性能及耐光老化作一些介紹。

一、光在介質(zhì)中傳播

如圖，當(dāng)一條入射光投射在（折射率分別為n₁和n₂）的界面時,若n₁＞n₂.則隨入射角的變化會有三種情況發(fā)生。（a）、當(dāng)入射光的入射角較小為 ₀投射時，光線則在介質(zhì)n₂中以折射角 ₁發(fā)生折射，同時另一部分光仍在介質(zhì)n₁內(nèi)反射； (b)、當(dāng)入射角逐漸增大，則光在介質(zhì)n₂中的折射就偏離法線，接近界面。當(dāng)入射角增大至 _c時,折射的光線就沿二介質(zhì)的界面穿過,這時入射角稱為臨界入射角。(c)、當(dāng)入射光的入射角大于 _c時，所有光線都將在介質(zhì)n₁內(nèi)反射，而在介質(zhì)n₂中將不發(fā)生折射，這種情況稱光線的全反射。

臨界角 _c=arcsin ，因空氣的折射率n₂=1，則透明介質(zhì)所成的圓柱體，要使光線從一端進入，經(jīng)過多次全反射將光線全部傳到另一端，若該介質(zhì)的折射率為1.4，則 _c=45.5⁰。顯然介質(zhì)的折射率越大，臨界角就越小。

根據(jù)洛倫滋-洛倫斯方程式，介質(zhì)的折射率n與其極化率a之間的關(guān)系為：

M—分子量 --密度 N_a---阿佛加德羅常數(shù)

無定型透明聚合物作光導(dǎo)材料還不多。主要有：聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃），聚苯乙烯，聚碳酸酯（防彈玻璃），氘代有機玻璃等。光導(dǎo)元件可以是棒狀材料中的傳導(dǎo)可作為一個例子。如圖

設(shè)此棒有折射率較高的聚合物n₁ 制成�？諝獾恼凵渎蕿閚₂ ，關(guān)學(xué)棒的端面是平的。投射角為 的入射光線在入射口端以和棒材軸成 的交角折射進入聚合物n₁內(nèi)。如該折射線和管壁法線的交角 ₀大于臨界角 _c，則根據(jù)上述原理，該光線就在棒材的邊上發(fā)生全反射，經(jīng)過多次這種全反射后，光線就從棒材的另一端射出，這樣就完成了對光線的傳播，若投射角 很大，即 ₀′＜ _c從而使一部分光線從棒材折射出去，這部分光就基本損耗掉了，不能繼續(xù)在光導(dǎo)材料里傳播，而且經(jīng)過多次的反射和折射后，棒材中的光線就會減少到零。最后使光線不能從棒材的另一端射出。

如果聚合物折射率為1.49，當(dāng)光線自空氣中射入時的全反射的臨界角為42⁰10′。故只要聚合物棒的彎曲不超過臨界角42⁰10′，就能使光線自一端射入，而從另一端傳播出來。利用這一特性就能作光的傳遞工具和發(fā)光的裝飾文字。例如，在節(jié)日的晚上，小朋友拿一個手電筒，在電筒一頭插著一束透明的塑料絲。電筒一開，在塑料絲末梢就會出現(xiàn)星星點點的亮光。

二、耐光性

運行在室外的電線電纜，要受日光的作用。某些高聚物會吸收光輻射產(chǎn)生光化反應(yīng)。輻射到地球的光經(jīng)過大氣、水分、塵埃等的吸收，絕大多數(shù)被吸收，到達地球表面的日光占總數(shù)的 一半，屬于300-400nm附近的紫外光區(qū)。這部分的能量在280-420KJ／mol,因為高分子中共價鍵的鍵能通常只有200-600KJ／mol,因為這部分光的能量是以使很多化學(xué)鍵的斷裂。

高聚物對輻射能的吸收是有選擇性的，某種結(jié)構(gòu)的高聚物只能對某范圍的波長有吸收性的，例如（- -）能吸收187-320nm的光；C=C能吸收195-250nm波長的光，C-C能吸收波長135nm的光.因此照射到地球的紫外線，只能為含有醛、酮等羰基以及雙鍵的高聚物吸收，引起光化反應(yīng)；而不被只含C-C鍵的聚烯烴所吸收。

當(dāng)一個分子吸收紫外能，會變成活化分子。被活化的分子如果不能將它吸收的能量在分子碰撞時傳遞給另一個分子或以較長的波長重新發(fā)射出來，以光或熱形式散發(fā)掉，被活化的分子會引起它本身或鄰近分子的光化反應(yīng)。

滌綸和尼龍，因分子結(jié)構(gòu)中含有羰基，因此其耐光性較差；天然橡膠等二烯烴類橡膠因含有較多的雙鍵對光照也很靈敏，部分降解，部分交聯(lián)，性能很快變壞，老化。

純聚氯乙烯對光照穩(wěn)定的，并不吸收300-400nm紫外線。但聚氯乙烯熱降解產(chǎn)生少量雙鍵和羰基，就能吸收紫外線而引起光化反應(yīng)，從住鏈脫出HCL.

飽和烷烴并不吸收日光，因此飽和高聚物如乙丙橡膠，丁基橡膠、硅橡膠。但少量羰基，不飽和鍵，氫過氧化基團，催化劑殘基或過度金屬等其它雜質(zhì)則可促使聚烯烴的光氧化反應(yīng)。

此外，某些類型的抗氧劑，也能促進聚合物的光降解，如在聚乙烯中，有些酚類和胺類抗氧劑能抑制加工時（140-200）的熱氧化反應(yīng)，但又加速光氧化反應(yīng)。

聚四氟乙烯和聚三氟乙烯對紫外光的作用是穩(wěn)定的，純的，不含單體的聚苯乙烯即使在氧存在的情況下對紫外光也是相當(dāng)穩(wěn)定。

對于實際使用的橡皮和塑料來說，與純的高聚物不同，一方面在橡皮和塑料中配合劑可能改變高聚物對光的敏感性。如果配合劑如橡膠中加入的抗

第6節(jié) 光學(xué)性能

一種光學(xué)材料的光學(xué)性能主要包括各種透過、吸收、折射、反射、偏振等性能。有時要求對光的某波段有最高透過，而對另一波段卻要求最大的吸收，一般而言無色的光學(xué)材料在可見光波段里是沒有吸收的。在這里對高聚物光導(dǎo)性能及耐光老化作一些介紹。

一、光在介質(zhì)中傳播

如圖，當(dāng)一條入射光投射在（折射率分別為n₁和n₂）的界面時,若n₁＞n₂.則隨入射角的變化會有三種情況發(fā)生。（a）、當(dāng)入射光的入射角較小為 ₀投射時，光線則在介質(zhì)n₂中以折射角 ₁發(fā)生折射，同時另一部分光仍在介質(zhì)n₁內(nèi)反射； (b)、當(dāng)入射角逐漸增大，則光在介質(zhì)n₂中的折射就偏離法線，接近界面。當(dāng)入射角增大至 _c時,折射的光線就沿二介質(zhì)的界面穿過,這時入射角稱為臨界入射角。(c)、當(dāng)入射光的入射角大于 _c時，所有光線都將在介質(zhì)n₁內(nèi)反射，而在介質(zhì)n₂中將不發(fā)生折射，這種情況稱光線的全反射。

臨界角 _c=arcsin ，因空氣的折射率n₂=1，則透明介質(zhì)所成的圓柱體，要使光線從一端進入，經(jīng)過多次全反射將光線全部傳到另一端，若該介質(zhì)的折射率為1.4，則 _c=45.5⁰。顯然介質(zhì)的折射率越大，臨界角就越小。

根據(jù)洛倫滋-洛倫斯方程式，介質(zhì)的折射率n與其極化率a之間的關(guān)系為：

M—分子量 --密度 N_a---阿佛加德羅常數(shù)

無定型透明聚合物作光導(dǎo)材料還不多。主要有：聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃），聚苯乙烯，聚碳酸酯（防彈玻璃），氘代有機玻璃等。光導(dǎo)元件可以是棒狀材料中的傳導(dǎo)可作為一個例子。如圖

設(shè)此棒有折射率較高的聚合物n₁ 制成�？諝獾恼凵渎蕿閚₂ ，關(guān)學(xué)棒的端面是平的。投射角為 的入射光線在入射口端以和棒材軸成 的交角折射進入聚合物n₁內(nèi)。如該折射線和管壁法線的交角 ₀大于臨界角 _c，則根據(jù)上述原理，該光線就在棒材的邊上發(fā)生全反射，經(jīng)過多次這種全反射后，光線就從棒材的另一端射出，這樣就完成了對光線的傳播，若投射角 很大，即 ₀′＜ _c從而使一部分光線從棒材折射出去，這部分光就基本損耗掉了，不能繼續(xù)在光導(dǎo)材料里傳播，而且經(jīng)過多次的反射和折射后，棒材中的光線就會減少到零。最后使光線不能從棒材的另一端射出。

如果聚合物折射率為1.49，當(dāng)光線自空氣中射入時的全反射的臨界角為42⁰10′。故只要聚合物棒的彎曲不超過臨界角42⁰10′，就能使光線自一端射入，而從另一端傳播出來。利用這一特性就能作光的傳遞工具和發(fā)光的裝飾文字。例如，在節(jié)日的晚上，小朋友拿一個手電筒，在電筒一頭插著一束透明的塑料絲。電筒一開，在塑料絲末梢就會出現(xiàn)星星點點的亮光。

二、耐光性

運行在室外的電線電纜，要受日光的作用。某些高聚物會吸收光輻射產(chǎn)生光化反應(yīng)。輻射到地球的光經(jīng)過大氣、水分、塵埃等的吸收，絕大多數(shù)被吸收，到達地球表面的日光占總數(shù)的 一半，屬于300-400nm附近的紫外光區(qū)。這部分的能量在280-420KJ／mol,因為高分子中共價鍵的鍵能通常只有200-600KJ／mol,因為這部分光的能量是以使很多化學(xué)鍵的斷裂。

高聚物對輻射能的吸收是有選擇性的，某種結(jié)構(gòu)的高聚物只能對某范圍的波長有吸收性的，例如（- -）能吸收187-320nm的光；C=C能吸收195-250nm波長的光，C-C能吸收波長135nm的光.因此照射到地球的紫外線，只能為含有醛、酮等羰基以及雙鍵的高聚物吸收，引起光化反應(yīng)；而不被只含C-C鍵的聚烯烴所吸收。

當(dāng)一個分子吸收紫外能，會變成活化分子。被活化的分子如果不能將它吸收的能量在分子碰撞時傳遞給另一個分子或以較長的波長重新發(fā)射出來，以光或熱形式散發(fā)掉，被活化的分子會引起它本身或鄰近分子的光化反應(yīng)。

滌綸和尼龍，因分子結(jié)構(gòu)中含有羰基，因此其耐光性較差；天然橡膠等二烯烴類橡膠因含有較多的雙鍵對光照也很靈敏，部分降解，部分交聯(lián)，性能很快變壞，老化。

純聚氯乙烯對光照穩(wěn)定的，并不吸收300-400nm紫外線。但聚氯乙烯熱降解產(chǎn)生少量雙鍵和羰基，就能吸收紫外線而引起光化反應(yīng)，從住鏈脫出HCL.

飽和烷烴并不吸收日光，因此飽和高聚物如乙丙橡膠，丁基橡膠、硅橡膠。但少量羰基，不飽和鍵，氫過氧化基團，催化劑殘基或過度金屬等其它雜質(zhì)則可促使聚烯烴的光氧化反應(yīng)。

此外，某些類型的抗氧劑，也能促進聚合物的光降解，如在聚乙烯中，有些酚類和胺類抗氧劑能抑制加工時（140-200）的熱氧化反應(yīng)，但又加速光氧化反應(yīng)。

聚四氟乙烯和聚三氟乙烯對紫外光的作用是穩(wěn)定的，純的，不含單體的聚苯乙烯即使在氧存在的情況下對紫外光也是相當(dāng)穩(wěn)定。

對于實際使用的橡皮和塑料來說，與純的高聚物不同，一方面在橡皮和塑料中配合劑可能改變高聚物對光的敏感性。如果配合劑如橡膠中加入的抗