澳门新葡亰925588aapp.主頁欢迎您

新闻动态

竭诚为您提供更为全面专业的高新产品和优质服务
首页 > 新闻中心 > 行业新闻

二氧化钛粒子对光的吸收、反射、折射、散射和衍射

2017-06-07 14:09:58 774

  光的吸收、反射、折射、散射和衍射的定义

  1、光的吸收:由于光是一种能量流,在光通过材料传播时,会引起材料的价电子跃迁或使原子振动,从而使光能的一部分变成热能,导致光能的衰减,这种现象称为光的吸收。被吸收的光强与吸收体的厚度成正比。

  2、光的反射:光从一种介质射向另一种介质的交界面时,一部分光返回原来介质中,使光的传播方向发生了改变,这种现象称为光的反射。光的反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”。

  3、光的折射:当光由一种介质斜射到另一种介质时,其传播方向发生改变这种现象叫光的折射。光发生折射后,其频率不变,但波长和波速发生改变。光折射时,折射光线,入射光线,法线在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线的两侧.折射角随入射角的改变而改变,但两者不等。

  4、光的散射:一束光通过介质时其中一部分光偏离主要的传播方向,这种现象称为光散射。现象的本质是光波电磁场与介质分子相互作用的结果。光的散射是原子或分子体系从入射光波中获得能量后,改变传播方向及相位,甚至改变频率的再辐射过程。当光波射人介质时,在光波电场的作用下,分子或原子获得能量产生诱导极化,并以一定的频率作强迫振动,形成振动电偶极子(偶极子是指相距很近的符号相反的一对电荷)。这些振动的偶极子就成为二次波源,向各个方向发射出电磁波。在纯净的均匀介质中,这些次波相互干涉的结果,使光线只能在折射方向上传播,而在其他方向上则相互抵消,所以没有散射光出现。但当均匀介质中掺入进行着布朗运动的微粒后,或者体系由于热运动而产生局部的密度涨落或浓度涨落时,就会破坏次波的相干性,而在其他方向上出现放射光。

  5、光的衍射:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。

  衍射又称为绕射,光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。

  光衍射的本质:光的衍射与微粒的刚性反弹没有关系,在这里我们要用到的是光的波动性而不是光的粒子性。道理很容易理解:由于光是波动传播的,它走的路线自然就是如正弦函数那样的曲线。只是在大的尺度下我们分辨不出而以为光是沿直线传播的罢了。光的曲线走向就是光的衍射,它给了我们光偏离了运动方向的错觉。

  二氧化钛粒子对光的吸收、反射、折射、散射和衍射

  钛白粉(二氧化钛粒子的聚集体)的粒径一般都小于1微米,小于或接近于可见光波长(380—780nm),因此既可发生光的衍射,又可产生光的散射,它的光散射行为符合瑞利散射定律。

  光具有波粒二象性,光的衍射现象证明了光的波动性,反过来,光的衍射现象也可以通过光的光的波动性来进行解释。同样的,光的散射和偏转现象证明了光电效应(光的粒子性),而光的散射也可以通过光的粒子性来进行解释。

  光是一种电磁波,具有波动性,虽然不同于机械波,但其传播路线也应类似于正弦函数曲线。当障碍物尺度比较大时,入射光波与粒子发生刚性反弹,而当障碍物尺度小到一定的范围时,光线偏会绕射到障碍物阴影里去,或者光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射。显然,障碍物尺度越小,衍射现象越明显。如果光线传播路线类似于正弦曲线,那么半波长便可以看着是一个临界尺寸点,小于半波长的粒子的衍射将是非常明显的。因此,考虑到钛白粉的遮盖力,二氧化钛粒子的粒径不得小于半波长,越大越好。光波是能量传播的一种形式,光具有粒子性,可以看着是无数光子的集合。光子的静质量为零,不带电,但携有能量,它是传递电磁相互作用的媒介粒子。在光波电场的作用下,二氧化钛分子或原子获得能量产生诱导极化,形成振动偶极子。二氧化钛偶极子被强迫振动,成为二次波源,向各个方向发射出电磁波,产生光的散射。

  二氧化钛粒子对光的散射作用符合瑞利散射定律,根据瑞利散射公式(如下),我们可以推导出以下几个结论:

  Rayleigh散射公式

  1)散射光总能量与入射光波长的四次方成反比。入射光波长越短,散射越显著。所以可见光中,蓝、紫色光散射作用强。

  2)分散相与分散介质的折射率相差越大,则散射作用越显著。溶胶是非均相,折射率相差大,故散射作用明显;而真溶液为均相,散射作用弱。

  3)散射光强度与单位体积内粒子的数量成正比。亦即粒子体积越小,散射越显著。

  4)散射光强度与入射光强度成正比。

  5)散射光强度与散射角有关,一定波长的散射光强度与(1+cosθ)成正比。

  添加钛白粉的涂料,显然属于非均相溶液,肯定会出现散射现象。并且,二氧化钛粒子越小,散射效果越明显。

  影响钛白粉遮盖力的因素有,光的吸收、反射、折射、散射和衍射,综合考虑二氧化钛的以上光学性质,提高二氧化钛粒子对光的吸收、反射、折射和散射有利于增强钛白粉的遮盖力,而衍射会减弱钛白粉的遮盖力,因此,我们必须尽量避免发生衍射现象,同时尽量发挥二氧化钛对光的吸收、反射、折射和散射用。

  对光吸收的强弱取决于涂料涂层的厚度,与二氧化钛粒子的大小没有直接的关系;二氧化钛粒子对可见光全部波长都有同等程度的强烈反射,所以在可见光的照射下呈现白色;光的折射取决于二氧化钛的折射率,金红石型钛白的折射率最大,可以起到很好的折射效果;二氧化钛粒子越小,散射作用越强,但当粒径小于半波长后,衍射作用又变得显著。因此,决定金红石型钛白遮盖力的主要因素就落到了散射和衍射作用强弱的平衡上,这个平衡点刚好落在半波长的位置。所以,当钛白粉粒径位于半波长附近时,钛白粉具有最大的遮盖力。