透明材料的光学特征-雾度-透光率-折射率-双折射和色散

可表征光传递的常用特性指标，有雾度、透光率、折射率、双折射及色散等。这些指标中，雾度和透光率主要表征材料的透光性，而折射率、双折射及色散主要用于表征材料的透光质量。好的透明材料，是要求以上性能指标优异并且均衡的。

1、雾度

称为浊度，可衡量透明或半透明材料不清晰或混浊的程度，是表征散射的指标。其产生是由于材料内部或外部表面光散射造成的云雾状或混浊的外观。雾度的定义为材料散射光通量与透过材料光通量之比的百分数。

一般说来，透光率与雾度之间成反比关系。透光率高的材料，雾度就低，反之亦然。但是两者的关系并不总是如此，有时也有相反的结果。比如毛玻璃，透光率高，雾度也比较大。这两者是既相互立又相互联系的光学指标。

2、透光率（透光率仪）

是表征树脂透明程度的一个重要性能指标。一种树脂的透光率越高，其透明性就越好。塑料制品透明的条件有两个：一制品是非结晶体；二是虽部分结晶但颗粒细小，小于可见光波长的范围，不妨碍太阳光谱中可见光和近红外光的透过。但是任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使是透明性好的光学玻璃一般也难以超过95%。

造成入射光通量在媒体中损失的主要原因有如下几个方面：

(1)光的反射：反射即入射光进入聚合物表面而返回的光通量。反射光通量占光在透过媒体时损失的大部分。

(2)光的吸收：入射到聚合物上的光通量既没有透过也没有反射部分的光通量即为光的吸收。光线吸收的大小取决于聚合物本身的结构，主要指分子链上原子基团与化学键的性质。

(3)光的散射：光的散射即光线入射到聚合物表面，既没有透过也没有反射和吸收的一部分光通量，其占有比重比较小。造成光散射的原因有：制品表面粗糙不平，聚合物内部结构不均匀如分子量分布不均匀、无序相与结晶相共存等。

3、折射率

折射即入射光与透过光两者方向之差。衡量材料折射的大小，可用折射率表征。折射率越大，材料的折射越严重。折射率可用光在空气中和在塑料中的传播速度之比来计算。

4、双折射

双折射即材料的平行方向与垂直方向折射率的差值。双折射越大，越容易造成图像产生歪影等现象。所以说双折射降低了光学材料的透光质量，应尽力降低材料的双折射。材料之所以产生双折射现象，主要是由树脂的分子结构和分子的取向两方面决定的。

(1)树脂的大分子链中含有苯环结构，产生双折射比较大 如PMMA、PC及PS都有比较严重的双折射现象。其中PMMA的双折射率为0.006%；而PC、PS的双折射更为严重，尤其是PS，其双折射率高达0.8%，是PMMA的130多倍之多。而CR-39的分子链中无苯环结构，基本上无双折射现象，因而常用于光学镜类材料。

(2)树脂大分子链上含有共聚单元，容易产生双折射现象 这是因为不同共聚单元的折射率不同而造成的。如J．D光学树脂，其大分子由双烯苯醚砜／苯乙烯／甲基丙烯酸甲酯三种共聚单元组成；由于存在三种不同折射率，必须适当地调整共聚组分的比例，否则双折射会比较大。

(3)树脂中添加其他助剂，由于助剂与树脂之间的折射率不同而容易产生双折射，所以选择助剂时要注意，特别是光学制品，要尽可能少加或不加助剂。

(4)树脂在加工过程中，物料流动的垂直方向与平行方向的取向度相差越大，其双折射也越大，为此光学制品大都采用浇铸方法成型，以防产生取向。

(5)塑料在加工过程中产生结晶，造成在晶区和非晶区之间产生折射率差，从而产生双折射，因此，优异的光学塑料大部分为非晶塑料制品。

5、色散

材料的色散可用阿贝数表示，材料的阿贝数与材料折射率有关。一般材料的折射率越大，阿贝数越小，色散越强。

综合上述五种性能，一个良好透明材料的条件为高透光率、低雾度、高折射率、小双折射及小色散。