含有不同指示剂的海藻酸钙水凝胶及加酸后颜色的变化
纤维的光学性质
• 纤维的颜色
纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸
收和反射能力。
• 天然纤维的颜色：取决于品种（即天然色
素）；生长过程中的外界因素 • 合成纤维的颜色：取决于原料（是否含有杂 质）；纺丝工艺（如温度、加热时间等）
纤维的光泽
评价光泽应同时考虑两个方面：反射光量的大小和
透明（transparent） 亚透明（semitransparent） 半透明（translucent) 微透明（semitranslucent) 不透明（opaque）
黄玉
光线可以透过，通过宝石可以看到对 面的物体，但不太清晰。此类宝石如： 月光石、磷灰石、顽火辉石等。
透明（transparent） 亚透明（semitransparent） 半透明（translucent) 微透明（semitranslucent) 不透明（opaque）
光子晶体
(A)在刻蚀硅表面自组装电镜图(B)蒸发诱导自组装模板实物 照片(C)垂直蒸发诱导自组装电镜图(D)旋涂法实物图 。
光子晶体
(A)传感器对温度响应(B)传感器对不同浓度钾离子响应
利用模板法制备出聚NIPA-冠醚的反蛋白石结构的离子传感器， 对温度和K+响应，具备自表达的特性，直接通过颜色的变化向人 们指示温度和离子浓度。 Angew.Chem.Int.Ed,2003,42:4197 mun,2003,2126
于棒直径d的3倍，即满足
sinα≥2/3的条件
光在纤维中的反射与折射现象
• 光与平行界面介质的相互作用:
入射 介质1 (空气或液体) 介质2 (纤维) 主反射 次反射
1 2
2
介质1 (空气或液体)
(a) 层状结构
1
主透射 次透射
• 反射、折射与透射作用在介质中发生多次，强度随作 用次数衰减，因介质对光有吸收作用
1.光的吸收
光的吸收是指原子在光照的下吸收光子的能量由低 能态跃迁到高能态的现象。
比尔定律 1852年A.比尔证明，对于气体或溶解于不吸收的 溶剂中的物质，光的吸收与（ 吸光物质的浓度）成正 比；与（ 液层的厚度 ）成正比。（比尔定律） 。
公式式中x与浓度无关的比例常数。
2. 色散
在给定入射光波长的情况下，材料的折射率随 波长的变化率称为色散率。 最常用的数值是倒数相对色散，
※内反射：设光从聚合物射入空气的入射角为α， 若sinα≥1/n，即发生内反射，即光线不能射人空 气中而全部折回聚合物中。大多数聚合物，n=1.5， α最小为42°左右。 ※内反射的应用：使聚合物显得很明亮→发光制品，
如汽车的尾灯、信号灯、光导管（外科手术局部
照明）、光导纤维等。
弯曲部分的曲率半径γ不小
赤铁矿
光 泽
光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。
• 材料的光泽取决于三类反射：
• 镜面反射（mirro reflection）：平行光射向界面为平 面的物体，反射出来的仍将是平行光，表现出很强 的光泽。 • 漫反射（diffusion reflection）：如果平行光射向界 面粗燥的物体，反射出来的光均匀地射向各个方向， 表现出均匀而柔和的光泽。 • 散射光（scattering）：因光子的多次碰撞从材料表 层散射出的光线，其与入射光的角度无关，与入射 光能量和材料表层结构与组成有关。
PMMA
PIB PE
1.488
1.509 1.51-1.54
PC
PS PET
1.585
1.59 1.64
PP
1.495-1.510
PVDC
1.63
多数碳链聚合物的折光指数～1.5
碳链上带有较大侧基时，折光指数较大；带有氟、甲 基等时，折光指数较小。
透明性及光泽 ※大多数高聚物当不含结晶、杂质和疵痕时都是透 明的（如PMMA、聚苯乙烯等），对可见光的透 过程度达92%以上。 ※透明度损失的原因：光的反射和吸收；材料内部 对光的散射；与光所经的路程（物体厚度）有关，
材料的光学性质
宝石为何具有美丽的颜色和耀眼的光芒？
白光经过三棱镜可分解成不同波长的彩色光
钻石
琥珀
琥珀
玛瑙
红宝石
蓝宝石பைடு நூலகம்
大多数宝石含有致色元素，常见的致色元素有 钛，钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜等。
• 自色：指宝石所含的主要元素所产生的颜色。例 如，橄榄石的化学成分是铁镁硅酸盐，它所含的 铁元素使橄榄石呈现绿色。 • 他色：指宝石所含微量杂质元素所产生的颜色。 例如，刚玉Al2O3 纯净时为无色；含有微量的铬 （ Cr ）元素时呈红色，即红宝石；含有微量的铁 （ Fe ）元素和钛（Ti ）元素时呈蓝色，即蓝宝石.
光泽度主要取决于矿物本身的折光率。
树脂光泽（琥珀）
亚玻璃光泽（萤石）
玻璃光泽（水晶）
半金刚光泽（锆石）
金刚光泽（钻石）
• 反射和内反射
※透明材料的反射：当光垂直射入时，透过光强与
入射光强之比：
(n 1) T 1 2 (n 1)
2
大多数聚合物≈1.5，则T=92％，反射光约占8％左右。 在不同入射角时，反射率也不太高。
反射光量的分布规律
• 反射光量很大，分布不均匀——“极光”；
• 反射光量很大，分布较均匀——“肥光”。
影响纤维光泽的因素： a.纤维的微原纤结构 b.纤维的形态结构： c.化纤中加TiO2可消光
纤维的耐光性
• 耐光性：纺织材料抵抗光照的能力。
纤维经长期光照，会发生不同程度的裂解，
使大分子断裂，分子量下降，强度下降。TiO2的
4.光的折射
※折射现象：当光由一种介质进入另一种介质 时，由于光在两种介质中的传播速度不同而 产生的折射现象。 ※折射率：
※折光指数：通常以各种物质对真空的折射率作 为该物质的折射率，即折光指数。聚合物的折 光指数一般都在1.5左右。 ※各向同性的材料：无应力的非晶态聚合物，在 光学上也是各向同性的，因此只有一个折光指 数。 ※结晶和各向异性的材料：折光指数沿不同的主
光子晶体
光子晶体技术和分子印迹技术为平台，制备除草剂莠去津的传感 材料。 1）高亲和性的分子传感材料； 2）传感器材料具有一系列传感的优势：高灵敏度、高选择性、 快速响应以及可再生性； 3）微孔穴的分子识别过程可以通过有序大孔的光衍射信号直接 表达出来，并可方便的用裸眼观察到颜色变化。
含有不同指示剂的海藻酸钙水凝胶加酸后颜色的变化
入射 折射3
反射3
反射1
折射1
反射2
折射2 (b)纤维
普通纤维截面形状多为圆形，光在纤维内多次反射、 折射和透射
发生全反射的条件：光从光密到光疏介质；入射角 大于临界角
影响材料透光性的因素
• 1）吸收系数——这部分损失较小，在影响透 光率中不占主导地位。 • 对于陶瓷、玻璃等电介质材料，材料的吸收 率或吸收系数在可见光范围内是比较低的。所 以陶瓷材料的可见光吸收损失相对来说是比较 小的，在影响透光率的因素中不占主要地位。 • 2）反射系数——这部分损失较大 • 材料对周围环境的相对折射率大，反射损失也 大。另一方面，材料表面的光洁度也影响透光 性能，这一点在后面界面反射这一节中细述。 • 3）散射系数——影响最大 • 这一因素最影响陶瓷材料的透光率。
光电功能高分子材料及应用领域
光电显示领域的应用
• 液晶材料： • 电致发光材料： • 闪烁体材料：
光通信领域的应用
• 有机非线性光学材料 • 有机光导纤维材料
信息存储领域的应用
• 光致变色材料
微电子领域的应用
• 光刻胶 • 光子晶体
布置作业
• 1. 给出光的散射、折射、色散的定义。 • 2. 影响材料透光性的因素有哪些？
光的吸收、色散和散射
一束平行光照射材料时，部分光的能量被 吸收，其强度将被减弱；
复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫 做光的色散。介质中光的传播速度比真空中 小，且随波长而变化产生色散现象； 光在传播时，遇到结构成分不均匀的微小 区域，有一部分能量偏离原来的传播方向而 向四面八方弥散开来，即发生散射现象。
反蛋白石结构的制备
蛋白石(opa1)是自然界中存在的一种具有几百纳米空隙、排列规则的无定形二氧化硅， 在光照射下能显出绚烂的色彩。空隙可填充各种无机或有机物，如能将胶体颗粒去除而 不影响晶体结构，就能得到空气孔结构的光子晶体，该结构就是所谓的反蛋白石结构。
典型反蛋白石结构SEM
1973年，吉尔森在实验室造出仿蛋白石。
轴方向有不同的数值，该材料被称为双折射的
（如非晶态聚合物因分子取向而产生双折射。
聚合物的折光指数
聚合物 PTFE PDMS PVAc POM 折光指数 (25˚C, l=589.3nm) 1.3-1.4 1.404 1.467 1.48 聚合物 PB PAN Nylon-66 PVC 折光指数 (25˚C, l=589.3nm) 1.515 1.518 1.53 1.544
(反)蛋白石结构的制备
Adv. Mater. 2000, 12, 1176−1180
光子晶体
光子晶体是由两种以上具有 不同折射率的材料在空间按照 一定的周期顺序排列所形成的 有序结构材料。具有特征的 Bragg衍射，衍射峰波长：
k为衍射级数，neff为光子晶体的平均折射率，θ为光 线入射的角度。在光子晶体材料中填充其他物质或者 溶剂改变平均折射率，或者通过电场，机械力，改变 温度，pH环境对晶格参数的调节可以使衍射峰位置明 显移动。
厚度↑，透明度↓。
※散射产生原因：结构的不均匀性，如聚合物表面
或内部的疵痕、裂纹、杂质、填料、结晶等。
※光泽：材料表面的光学性能；越平滑的表面，越
光泽。
※直接反射系数：从0°-90°的入射角，反射光强