光学性能及腐蚀性能材料.ppt

4-5 材料的光学性能(optical properties) 4-5-1 电磁辐射及其与原子的相互作用 Interactions of electromagnetic radiation and atoms 1、光波是指波长在特定范围内的电磁辐射。因此，光和物质的相互作用——取决于物质电磁性质的基本参数, 即电导率、介电常数和磁导率。 2、光子能量 energy E of a photon E＝hc／λ＝hν h为普朗克常数；ν为光的频率；c为光速；λ为波长 可以认为辐射的强度I就是单位时间射到单位面积上的光子数目 4-5-2 吸收、反射和透射光照射到某种材料上时，将产生光的反射与折射、光的吸收与透射。 （2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length 在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸收系数很大（价电子处于未满带） 电介质材料吸收系数小（价电子所处能带是填满的） 在紫外吸收端：禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小 在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致 紫外吸收端相应的波长可 根据材料的禁带宽度Eg求得： 3、光的透射(transmission) 透射率：T＝（1－R）2 e－αl 上式适用的条件是，材料的正面和背面要处于同一介质中。 透射、反射、吸收这三部分光线的强度之和当然等于入射线强度，即： I0 = IT + IR + IA, 因此， 透射率T (transmissivity)、反射率R (reflectivity)、吸收率A (absorptivity) 三者之和为1 5、金属材料的光学性质 （1）各种入射辐射被吸收 金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态——频率分布范围很宽的各种入射辐射都可以激发电子到能量较高的未填充态从而被吸收。结果是光线射进金属表明不深即被完全吸收，只有非常薄的金属膜才显得有些透明。 （2）金属的反射是由吸收再反射综合造成的 电子一旦被激发后，又会衰减到较低的能级，从而在金属表明发生光线的再反射。 反射过程的效率与入射线的频率有关，金属在白色光线下所表现的颜色，就是来源于反射率的频率依赖性。 银 铜和金 分别显示出不同的颜色，请看课本p386～387 镍、铁、钨 6、无机非金属材料的光学性质 非金属是否透明取决于能带结构。非金属可能是澄清的，也可能带有颜色，这是选择吸收、选择反射的结果。其光学性质有如下几点： （1）对红外线有一定程度的吸收（因为红外光子频率与原子振动频率相近，发生谐振） （2）半导体：吸收可见辐射，且不透明（因为可见光的频率已足以使电子从价带激发到导带） （3）绝缘体倾向于对可见辐射透明（因为能隙相当宽，以至于可见光不足以引起电子激发） （4）散射——在多相材料中，由于折射率在相界的变化，光线由多次内反射造成 （5）本质透明的材料由于加工过程中留下孔洞也可不透明 4-5-5 发光 luminescence 发光：材料吸收外界能量后，其中部分能量以频率在可见光范围向外发射，这称为发光。 荧光(fluorescence)：延迟发射 10-8 s 磷光(phosphorescence)：延迟发射 10-8 s 4-5 耐腐蚀性(anti-corrosion) 腐蚀---材料在遭受化学介质、湿、气、光、氧、热等 环境因素作用下发生恶化变质的现象 腐蚀分类： (1) 腐蚀作用性质：物理、化学、电化学 (2) 腐蚀环境和过程：高温、大气、溶剂腐蚀等 (3) 腐蚀形态：全面、局部 金属： 电化学、化学（氧化）腐蚀 无机： 化学 高分子：化学、物理腐蚀 1、高分子材料的耐溶剂性 溶剂分子渗入材料内部 破坏大分子间的次价键 与大分子发生溶剂化作用 （1）溶解性 溶解度参数 ?=（CED）1/2 内聚能密度 ?Gm=?Hm - T?Sm ?Gm0时，溶解过程才能进行 (2)渗透性(permeability)与渗透破坏 渗透----液体分子或气体分子可从聚合物膜高浓度侧扩散到较低浓度一侧的现象