Справочник строителя | Свойства стекол

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Высокая прозрачность оксидных стекол к излучению оптического диапазона света сделала их незаменимыми материалами для остекления зданий и различных видов транспорта, изготовления светильников, зеркал и оптических приборов, включая лазерные, ламп различного ассортимента и назначения, осветительной аппаратуры, телевизионной, кино- и фототехники и т.д.

Пропускание, поглощение, преломление, рассеяние и отражение света являются результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

Луч «белого» света разлагается стеклом на спектр, что носит название «дисперсии» света. Показатель преломления и дисперсию относят к определенным длинам волн.

Стекла с определенными заданными коэффициентами преломления и дисперсией называются оптическими. При падении монохроматического излучения интенсивностью I0 на образец стекла происходят следующие явления (рис.1):

Рис. 1. Путь луча при прохождении через плоскопараллельную пластину: 1 - воздух; 2 - стекло

отражение света от двух поверхностей раздела стекло-воздух – I1;

рассеяние и поглощение света –l₂;

пропускание света – l₃;

преломление света (изменение направления его распространения на границах раздела фаз с различными плотностями стекло-воздух).

Эти отношения характеризуют:

коэффициент отражения R = l ₁/ l ₀;

коэффициент поглощения и рассеяния А = l ₂/ l ₀;

коэффициент светопропускания Т = l ₃/ l ₀.

Эти коэффициенты выражают в долях единицы или в процентах.

Для листового стекла толщиной 1 см коэффициент светопропускания Т составляет 88...90%, поглощения А - от 0,5 до 3% в зависимости от содержания красящих компонентов, а коэффициент отражения R - 8...9%.

Особенно высокой прозрачностью должны обладать оптические стекла.

Для строительного листового стекла (оконного, витринного) необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания Т прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, непоглощающее свет cтекло не может пропускать света более 92%, так как обе его поверхности отразят не менее 8% световых лучей.

Зависимость светопропускания от количества листов бесцветного строительного стекла приведена в табл. 1.

Таблица 1. Светопропускание листового стекла

Коэффициент отражения света от поверхности стекла может быть снижен (это просветление оптики) или увеличен путем нанесения тонкой пленки некоторых материалов, имеющих меньший коэффициент преломления, чем стекло.

Окраска стекол обусловлена избирательным поглощением лучей света в определенных областях спектра, причем цветное стекло хорошо пропускает лучи определенной длины волны (цвета), которые мы видим, и в значительной мере поглощают остальные лучи. Можно выделить три группы красителей, окрашивающих силикатные стекла: ионные, молекулярные, коллоидные.

К группе ионных красителей относятся катионы переходных и редкоземельных элементов (Зd- и 4f-элементы), особенность электронного строения которых состоит в том, что в ионном состоянии они имеют неспаренные электроны или незаполненные орбитали (табл. 2). При введении таких катионов в любую среду (прозрачные кристаллы, стекла, растворы) возникают типичные спектры поглощения, характерные для ионного состояния данного компонента. Цвет, который придают ионы стеклу, зависит от их валентного состояния (табл. 2).

Таблица 2. Электронное строение ионов и цвет стекла

Группу молекулярных красителей составляют сульфиды, селениды и смешанные кристаллы сульфоселенидов тяжелых металлов - кадмия, сурьмы, висмута, свинца, железа, серебра, меди и др. В стекле они присутствуют в виде равномерно распределенных микрокристаллических образований, размер которых не превышает 50 нм. Поглощение света обусловлено возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости соответствующего полупроводникового соединения.

Группу коллоидных красителей составляют тяжелые металлы: Сu, Аg, Аu, Рt, Вi, которые могут легко восстанавливаться из различных соединений в стекле до атомарного состояния и образовывать стабильные коллоидные частицы. Природа окрашивания стекол такими кристаллами состоит в рассеянии света на коллоидных частицах металла. Коллоидная медь окрашивает стекла в оттенки красного цвета, золото в красно-фиолетовый, пурпурный цвета, серебро - в желтый цвет.

В современном строительстве для оконных, дверных и других световых проемов применяются специальные стекла с солнце- и теплозащитными свойствами. Для этих стекол важно определение спектральных характеристик, светового потока, прошедшего через осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик осуществляется выбор определенного вида стекла, а также предопределение теплотехнических и светотехнических свойств светопрозрачных ограждений, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений.

Цветовой тон λ и его насыщенность Р можно определить аналитическим методом в соответствии со стандартной международной колориметрической системой МКО.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях