材料透过率的性能分析

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材料透过率的性能分析吸光度与透过率 光密度(0D)定义为材料遮光能力的表征。它用 透光镜测量,表示被检测物吸收掉的光密度,是检测方法里出现的专有 名词。光密度没有量纲单位,是一个对数值,光密度是入射光与透射光 比值的对数或者说是光线透过率倒数的对数。计算公式为OD=logl0 (入射光/透射光)或OD=logl0(1/透光 率)。深圳林上科技生产一款专业的检测仪器-LS997科技大辞典对光密度的定义是:入射光强度与透射光强度之 比值的常用对数值。专业书籍那么这样解释“吸光度”:入射光和透 射光的透过率(透光率仪)之比值的常用对数值,也称光密度。分析可见,两个概念其实是一致的,“光密度”就是“吸光 度”,且用“光密度”符合国家标准,更标准。GB3102. 61993中对所谓“吸光度”的标准量名称是“光密 度”,量符号是 D( *)节选光密度标准名称、量符号及其使用标准探讨OD值与吸光度A是否是一回事0D是optical delnsity(光密度)的缩写,表示被检测物吸收掉 的光密度,是检测方法里出现的专有名词一般人理解较困难具体检测 涉及到很多物理等方面知识你只须知道是阴性即可光通过被检测物, 前后的能量差异即是被检测物吸收掉的能量,特定波长下,同一种被 检测物的浓度与被吸收的能量成定量关系。检测单位用OD值表示,0D是optical delnsity(光密度)的缩写,表示被检测物吸收掉的光 密度,0D=log (1/ trans),其中trans为检测物的透光值。吸光度吸光度,absorbance,是指光线通过溶液或某一物质前的入 射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数,影响 它的因素有溶剂、浓度、温度等等吸光系数与入射光的波长以及被光 通过的物质有关。只要光的波长被固定下来,同一种物质,吸光系数 就不变。当一束光通过一个吸光物质(通常为溶液)时,溶质吸收了 光能,光的强度减弱。吸光度就是用来衡量光被吸收程度的一个物理 量。吸光度用A表示。A=abc,其中a为吸光系数,单位 L/(gcm),b为液层厚度(通常为比色皿的厚度),单位cm, c为溶 液浓度,光密度在线检测仪。 1单位g/L影响吸光度的因数是b和c。a是与溶质有关的一个常 量。此外,温度通过影响c,而影响A。按材料的透光率大小,可以将其分为:透明材料:波长400nm-800 nm可见光的透光率在80%以上;半透明材料:400 nm -800 nm可见光 的透光率在50%-80%之间;不透明材料:400 nm -800 nm可见光的折 射率在50%以下。按上述分类,可以将树脂分为透明性树脂:主要包括 PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D 系列、CR-39、SAN(又称 AS)、TPX、 HEMA、BS (又称K树脂)等;半透明树脂:PP、PA;不透明树脂: ABS、POM、PTFE、PF 等。1、物理特性:高度透明的无定形热塑性聚合物,PMMA的密度大约 在 1150-1190 kg/m3,是玻璃(2400-2800 kg/m3)的一半;高度通明 性,透光率90-92,比无机玻璃还高(普通玻璃的透光率大约在 86%左右,光学玻璃透光率能到达92% ),并能透过紫外线光达735%。折射率1. 49。机械强度高、韧性好,拉伸强度6075MPa,冲击 强度12-13kJ/m,比无机玻璃高8-10倍。具有优良的耐紫外线和大气 老化性。玻璃化温度80-100 C,分解温度200 C。使用温度-40 80C。耐碱、耐稀酸、耐水溶性无机盐、烷烃和油脂。溶于二氯乙 烷、氯仿、丙酮、冰醋酸、二氧六环、四氢呋喃、醋酸乙酯等,不溶 乙醇、乙醚、石油醚等。电绝缘性良好。PMMA具有质轻、价廉,易于 成型等优点。2、压克力板分类:压克力板(亚克力板)按透光度又可分纯透明 板、著色透明板、半透明板(如彩色板);按外表光泽,那么可分为 高光板,丝光板和消光板(也称磨砂板);按照性能,亚克力板还可 他普通板、抗冲板、抗紫外线板、阴燃板及高耐磨板等等。 3,工,电子产品的按键(。日用消费品(饮料杯、文具等)。1、物理特性:具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑 制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性;工作温度为115C, PC有很好 的机械特性、透光特性,透光率达89%,还具有自熄、无毒、可着色等 优点。缺点:1:流动特性较差,因此这种材料的注塑过程较困难;2: 是和金属相比硬度缺乏,这导致它的外观较容易刮花,但其强度和韧性 很好;3: 不耐强酸,不耐强碱,不耐紫外线,耐弱酸,耐中性油2、应用范围:宽波透光的光学器械,(1).作为一种透明性能良好的工程塑料,PC作为光盘基材在全球 大量使用;(2).阻燃环保的通信电器,由于PC良好电绝缘性能,广泛应用于 通信电信设备领域,目前PC已经大量替代原有的酚醛塑料,今后重点 开发阻燃PC用于通信电器领域中,因此无污染阻燃PC材料成为开发 重点;(3) .外表金属化的汽车部件,PC外表金属化后具有良好的金属光 泽及高强度,广泛应用于各种汽车零部件中;(4) .PC是双酚义型,由于合成时有微量未反响的单体双酚A在作为饮 用水桶和食品容器时,易被溶出而影PC树脂,用作饮水桶和其他食品 容器的生产与使用,国内应用前景非常看好;(5) .防开裂脆化的医疗器械,PC具有诸多优异性能,目前已应用 于医疗器械中,由于其耐化学品性较差,在化学药品存在下易引起内 应力开裂,如PC在人工透析器、人工肺等医疗器械中应用要解决高温消毒导致裂纹的老化 现象,假设克服这些缺点,PC在医疗器械中应用可迅速扩大1、物理特点:PS材料具有良好的电绝缘性,又因吸湿性小,可用 于潮湿的环境中。PS的分子结构不对称,大分子链运动困难,PS呈现 刚性和脆性,制品易产生内应力。PS燃烧时发浓烟并带有松香油气 味,吹熄可拉长丝。制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属 的声音。能断不能弯,断口处呈蚌壳色银光。PS的吸水率为0.05%, 稍大于PE,但对于制品的强度和尺寸稳定性影响不大;透明性好是PS 的最大特点,透光率可达88%-92%同PC和PMMA 一样属最优秀的透明 塑胶品种。PS硬而脆、无延伸性,拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉 伸强度和弯曲强度在通用热塑料中最高,但冲击强度很小,难以用作 工程塑料。PS的耐磨性差,耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度 比 拟大;PS的耐热性能不是很好,热变形温度仅为70-90C只可长期在 60-80C范围内使用。PS的耐低温性能也不好,脆化温度为-30C。PS 的热导率低,线膨胀系数较大,与金属相差悬殊,故制品不宜带金属 嵌件;PS的化学稳定性较好,可耐一般酸、碱、盐矿物油及低级醇 等,PS的耐候性不好,其耐光、耐氧化性都差,不适于长期户外使 用。但PS的耐辐射性好。2、PS的应用范围:(1) 电器制品PS兼有透明性和良好的绝缘性,可用于各种电器的 配件、壳体及高频电容器等;(2) 透明制品PS具有优异的透明性,可用于一般的光学仪器、透明模型、灯罩、一起罩壳、包装容器等;(3) 日用品PS的着色性和光泽性好,可广泛用于日用品的制造;(4) 包装材料PS发泡制品的防震及保温性能好,可用作包装和 保温隔热材料。四、PET材料:化学名聚对苯二甲酸乙二醇酯,俗称“涤纶”英文 简称PET。1、物理特性:PET树脂为乳白色半透明或无色透明体,相对密度1.38,透光率90%。PET膜的拉伸强度很高,可于铝箔媲美,耐磨性良 好,PET的力学性能受温度较小;纯PET的耐热性能不高,但增强处 理后大幅度提高,在180C时的机械性能比PF层压板好,是增强的热 塑性工程塑料中耐热较好的品种。PET的耐热老化性好,脆化温度为- 70C,在-30C时仍有一定韧性。PET不易燃烧,火焰呈黄色,有滴 落;PET在高温和水蒸气的条件下不耐水、酸及碱的作用。PET对有机 溶剂比拟稳定,对一些氧化剂也有较高的抵抗性。PET耐候性优良,可 长期用于户外。2、应用范围:PET除纤维之外主要用于包装材料、瓶类及工程塑 料三大类。红外线同可见光一样在本质上都是电磁波,它的波长范围很宽(0.71000mm),按波长又可分为三个光谱区:近红外(0.7 15mm),中红外(1550mm),远红外(501000mm)。红外线同样 具有波粒二象性,遵守波的反射定律和折射定律,在一定的条件下也 会发生干预和衍射效应。红外线与可见光不同之处是人的肉眼看不见红外线,且在大气层 中对红外波段存在一系列吸收很低的透明波段,如1 1 . 1 mm , 1 . 6 1.75mm, 2.12.4mm,3.44.2mm等波段,大气层的透过率在80%以 上;812mm,大气层的透过率为60%70%。这些特点使得红外线在 军事、工程技术和生物医学上得到许多应用。红外材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率和色散,当 然,材料的强度和硬度、抗腐蚀和防潮解能力、密度、到热率、热膨 胀系数、比热容等在红外光学器件(如透镜、棱镜、滤光片和整流罩 等)的制备和实用中也是需要考虑的。材料的光谱透过率与材料的结构,特别是化学键和原子量有关。 任何材料只能在某一波段具有较高的透过率。对于纯的晶体材料,假 设不考虑杂质吸收的话,其透射短波限ls取决于电子吸收,即引起电 子从价带激发到导带的光吸收。因而,一般说来,短波截至波长大致 相当于该晶体禁带宽度能量对应的光频率。其长波透射限11主要取决 于声子吸收,即晶格震动吸收,它可以是一次谐波震动吸收,也可以 是高次谐波震动吸收。声子吸收和晶体结构、构成晶体元素的平均分 子量及化学键有关。在晶体结构相同的情况下,平均分子量越大,那 么声子吸收出现的波长越长,材料的红外透射长波截至波长 l1 也越 长。对于金刚石、锗、硅等具有金刚石结构的晶体,由于在红外区域 没有活泼的一次谐波晶格震动,高次谐波也较弱,因而是一类透过率 较高、透射波段也较宽的优秀的红外光学材料,使用也较为普遍。折射率和色散是红外光学材料的另一重要特性。首先,折射率和 反射率损失密切相关,折射率越大,反射损失也越高。其次,对于不 同用途,对折射率有不同的要求。例如,对于制造窗口和整流罩的光 学材料,为了减少反射损失,要求折射率低一些;而用于制造高放大 率、宽视场角光学系统中的棱镜、透镜及其他光学部件的材料那么要 求折射率要高一些。例如,有时为了消色差或其他像差,不但需要使 用不同折射率的材料作为复合透镜,而且对色散也有一定要求。作为分光光度计中色散元件的棱镜,它的性能直 接与材料的折射率和色散有关。除了透过率、折射率和色散外,材料的力学性能、抗腐蚀、防潮 解等性能对于一个好的光学器件也视非常重要的。比方,绿化钠晶体 虽然是很好的红外光学材料,但却容易潮解,不宜在野外使用;锗也 是很好的红外光学材料,但当温度升高时,透过率显著下降,而且它 比拟脆,软话温度也太低,因此用作整流罩是不适宜的。同样,虽然 金刚石的各种性能很优异,可是它不能做成大尺寸的器件,而且价格 过于昂贵,所以很少有人用它来作实际的光学材料。此外,要格外注 意的是材料受热时的子辐射特性,为了防止探测器中出现假信号,受 热材料在工作波段内的子辐射应当很小,这在搜索跟踪系统中尤其要 引起重视。在红外光学系统中,一些常用的部件对材料性能有不同的要求。 对于探测器窗口材料,要求在探测器的响应波段内窗口必须有很高的 透过率(因此要求吸收率和反射率要很低),这样能很好的透过从目标来的辐射,而自身辐射却很小。对于制 冷探测器,窗口必须要能很好的与玻璃或其他探测器外壳材料相封 接,因此热膨胀系数要匹配,并且窗口的透过率不应随温度变化显著 变化。一般窗口要暴露在空气中,因此,它应该不怕潮,化学稳定性 好,较长时间内不发霉、发毛,负责散射等影响将使透过率降低。另 外,窗口材料应当易于加工和切割成各种形状。为了减小反射损失, 可选择折射率低的材料作窗口材料,假设必须折射率高的材料,那么 要易于镀增透膜。同时,窗口一般较薄,材料应有足够的强度。对整流材料的要求是在探测器相应波段内,整流罩必须有很高的 透过率,自辐射应很小,以免产生假信号。有些材料在室温有很高的 透过率,但高温时,由于只有载流子吸收增加,透过特性显著恶化 (例如锗),这种材料就不能作为整流罩。整流是安装在飞机、导 弹、飞船等高速飞行体的光学系统的前部,由于空气动力加热,整流 罩的温度是很高的,因此,要求整流罩的溶点、软化温度要高,并且 材料的热稳定性要好,要能经受得住热冲击。整流罩得硬度要大,这 样,一方面有利于加工、研磨和抛光,另一方面不至于被飞扬的尘土 和沙石所擦伤。由于整流罩暴露在空气中,因此化学稳定性要好,要 能防止大气中的盐溶液或腐蚀性气体的腐蚀,并且不怕潮解。应当特 别指出的一点是:一般的窗口尺寸较小,而整流罩的尺寸往往较大(直径几十毫米到几百毫米),并且折射率要连续,以免发生散射。 因此,常常要求整流罩用单晶或折射率在晶粒间界没有突变的均匀的 多晶制成。整流罩的曲线率往往很大,因此要有足够的强度,以便于 加工、装配,并且经受住震动和气浪。对透镜和棱镜的要求是透镜和棱镜材料要纯洁均匀,对折射率的 要求较严,其他要求与窗口材料差不多。不过,对热膨胀系数的要 求,只有在浸没透镜中才是很重要的,以为假使探测器制冷,假设膨 胀系数匹配不好,浸没透镜和探测器可能脱开,使反射损失增加。对 棱镜材料的一个突出要求是它的投射波段要宽,色散要大。高分子材料价格廉价、耐酸碱和耐腐蚀性良好,不溶于水,在近 红外和远红外有良好的透过率,这是它的优点。但是高分子材料结构 复杂,分子的振动和转动吸收带以及晶格震动吸收带正好在中红外波 段,因此在中红外波段塑料的透过率很低,并且塑料的软化温度较 低,强度不高,只能在较低温下做窗口和保护膜等,少数塑料可做透 镜,但不能做整流罩。塑料的用途主要在远红外区域,中近红外使用 较少。做常用的塑料是有机玻璃,即聚甲基丙烯酸甲酯,它透可见光 和近红外,常用作保护膜、增透膜和窗口材料。聚乙烯不透可见光,但远红外的透过率很高,是一种常温下使用 的远红外光学材料。 高密度聚丙烯比聚乙烯坚硬,在中红外某些波段 有一定的透过率。图3-14为聚丙烯在1521m波段的透过率,并与未 镀增透膜的热压ZnSe做了比拟。在1721m波段内,聚丙烯的透过率 是不错的,因此它常常用来做为这一波段的真空红外装置(或充气装 置)的窗口,能经受6atm(1atm=101325Pa)而不变形。聚四氟乙烯是另一种常用的塑料,其近、中、远红外透过性如图 3-15 和图 3-16 所示,可以看出,它有很高的远红外透过率,在很薄 时,也有相当好的近红外和中红外透过率。它不溶于水,耐腐蚀,使 用温度从-269260C,广泛用作保护膜材料和远红外光学材料。 模板,内容仅供参考
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