第8章高分子材料的光学性能.ppt

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摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分子中电子(主要是价电子)云相对于分子骨架的相对运动的结果。这种把光学折射与化学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。文献中有多种定义。
可以看出,具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率;含有相同碳数
的碳氢基团,折射率按支化链<直链<脂环<芳环的顺序变大。
此外,分子中引入除F以外的卤族元素、S、P、砜基、稠环、重金属离子等均可提高
折射率,而分子中含有***和F原子时折射能力降低。
这些基团和元素的引入提高了光学树脂的折射率,同时也带来了一些不足:(1)引入芳香族或稠环化合物可提高折射率,但聚合物的色散较大;(2)引入除F以外的卤素可提高折射率,但树脂的密度增大,耐候性差,易发黄;(3)引入重金属离子如铅、镧、铌或二氧化钛、硫化铅、硫化铁纳米微粒等可提高折射率,但树脂的密度增大、抗冲性降低、实用困难;(4)引入脂肪族多环化合物,可提高折射率,且色散较低,但折射率提高的范围有限;(5)引入S、N、P等元素可提高折射率,特别是在聚合物中引入S是提高折射率的最有效方法,且色散好,环境稳定性好。
(4)与材料的结构、晶型的关系
①均质介质(各向同性的材料)
如非晶态(无定型体)和立方晶体材料,当光通过时,光速不因传播方向改变而变化,材料只有一个折射率。
②非均匀介质(除立方晶体以外的其他晶型,都是非均质介质)
光进入非均质介质时,一般会产生双折射现象。
双折射:当一束光通过一个介质时,分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射光线的现象,
双折射是非均质晶体的特性,这类晶体的所有光学性能都和双折射有关。
(5)材料所受的内应力
有内应力的透明材料,垂直于受拉主应力方向的n大,平行于受拉主应力方向的n小。因此产生双折射。
树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取向,因而应力与双折射有一定的关系,即:C为应力光学系数,σ为应力。经验表明,脂肪族聚合物具有较低的应力光学系数,如PMMA和OZ-1000(聚三环癸***丙烯酸脂)双折射很小,基本是各向同性的;含有易极化和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应力光学系数,如PS和PC,苯环位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大;树脂大分子链上含有共聚单元,容易产生双折射现象;树脂中添加其它助剂,由于助剂与树脂之间的折射率不同而产生双折射。
折射率的表示
折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射率n随入射光波长的降低而减小,所以,谈材料的折射率时必须指出所用的光的波长。一般常用nD来比较不同材料的折射率。
nD是指用钠光谱中的D线(λD=,黄色)为光源测出的折射率。

:材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为色散。

(1)平均色散:nF-nC,有时用Δ表示。
nF:是指用氢光谱中的F线(λF=,蓝色)为光源测出的折射率。
nC:是指用氢光谱中的C线(λC=,红色)为光源测出的折射率。