拓展 (14)

红外线与紫外线课外知识
一、红外线
1800年英国天文学家赫谢耳在研究太阳七色光的热效应时发现了在红光外侧存在着人眼看不见的“红外线”。

红外线存在于自然界的任何角落。

一切温度高于绝对零度的有生命和无生命的物体时时刻刻都在不停地辐射红外线。

红外线是电磁波谱中可见光波段上端一种波长为－1mm范围内的电磁波。

根据波长的不同，通常分为近红外－，中红外－10m，远红外10m－1mm三个波段。

红外无损检测
自然界中的任何物体都是红外辐射源。

辐射能量的主波长是温度的函数，并与表面状态有关。

红外无损检测是利用红外辐射原理对材料表面进行检测。

如果被测材料内部存在缺陷（裂纹、空洞、夹杂、脱粘等），将会导致材料的热传导性改变。

进而反映在材料表面温度的差别，即材料的局部区域产生温度梯度，导致材料表面红外辐射能力发生差异，温度场随时间变化的信息中包含了样品缺陷的信息。

利用显示器将其显示出来，便可推断材料内部的缺陷。

红外检测不用接触实物，这样可将测试装置远离被测物，从而实现无损检测。

同时红外检测具有反应速度快、灵敏度高的特点。

速度之快取决于扫描时间，即十几分之一秒左右。

温度变化灵敏度可达℃.复合材料的无损检测和寿命监测是重大的研究课题。

但由于复合材料制造过程复杂，且在各种环境条件下又极易受到损伤，所以缺陷的发生发展是不可避免的，希望通过无损检测来判定材料是否合格。

常用的超声和射线等无损检测方法能提供一定的缺陷信息，但速度慢或者不能全场检测，而红外无损检测可以大面积快速进行。

远红外线加热干燥
当远红外线辐射到一个物体上时，可发生吸收、反射和透过。

但是，不是所有的分子都能吸收远红外线的，只有对那些显示出电的极性分子才能起作用。

水，有机物质和高分子物质具有强烈的吸收远红外线的性能。

当这些物质吸收远红外线辐射能量并使其分子，原子固有的振动和转动的频率与远红外线辐射的频率相一致时，极容易发生分子、原子的共振或转动，导致运动大大加剧，所转换成的热能使内部升高温度，从而使得物质迅速得到软化或干燥。

一般的加热方法是利用热的传导和对流，需要通过媒质传播，速度慢，能耗大，而远红外线加热是用热的辐射，中间无需媒质传播。

同时，由于辐射能与发热体温度的4次方成正比，因此，不仅节约能源而且速度快、效率高。

此外，远红外线具有一定的穿透能力，由于被加热干燥的物质在一定深度的内部和表层分子同时吸收远红外辐射能，产生自发热效应，使溶剂或水分子蒸发，发热均匀，从而避免了由于热胀程度不同而产生的形变和质变，使物质外观、物理机械性能、牢度和色泽等保持完好。

二、紫外线
1802年，德国物理学家里特（Ritte）发现了紫外线。

紫外线一般是指波长在 400－180nm之间的电磁辐射线，具有波粒二象性。

紫外线和可见光一样是一种包含着各种波长、相位、振幅的光，具有光的干涉、衍射、色散等现象，属于“非相干性光”。

紫外线也沿直线传播遵守光的反射定律、折射定律和透镜成像原理；紫外线是由许多光量子组成的，每个光量于都具有一定的能量，不同波长的光量子的能量不同。

紫外线的光量子能量比可见光的光量子能量大。

荧光效应
由于紫外线光量子具有较大的能量，所以当紫外线照射到很多物质上时使分子受激而发射荧光。

这些物质辐射荧光的现象就称为紫外线的荧光效应。

紫外线的荧光效应是一种光致发光。

当紫外线照射到某些物质时，这些物质有选择地吸收后发射出不同波长和不同强度的可见光来。

当紫外线停止照射后，荧光也随之消矢。

实际上，当紫外线照射到荧光物质上时，会发生3种情况：一部分紫外线被反射，一部分被荧光物质吸收，另一部分透射出去。

其中只有被荧光物质吸收的这部分紫外线才对发光起作用。

当荧光物质吸收了紫外线后，内部的分子会发生能量状态的变化，在不同能级间跃迁，发射出荧光。

物质表面所发射的荧光能反映该物质的特性，凭此可对该物质进行定性和定量分析。

在
机械制造工业中，以前对零件的探伤常采用超声波X光等方法，但都不如用荧光法简便。

荧光探伤就是把被检测的零件在荧光物质的溶液中浸泡一定时间，取出后用毛刷把零件表而的荧光物质刷掉。

由于浸入零件裂缝中的荧光物质不可能被刷掉，经过这样处理的零件放入暗室里，用不透明玻壳的紫外线高压汞灯照射零件表面，残存在裂缝内部的荧光物质将发射出荧光来，这样就可以找出有伤痕的零件。

光电效应
当紫外线照射到金属的表面时，金属内部的自由电子会逸出金属表面，这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的一部分。

紫外线的光电效应是光能转换为电能的一种方式。

光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。

紫外线照射能产生光电效应的材料除了金属、半导体外，还有某些气体和一些化学物质，人与动植物被照射后也能产生光电效应。

光化学效应
紫外线照射某些物质时能产生光化学反应。

波长在200－400纳米的紫外线所具有的能量（3－6e V）正是许多物质（化学键能也在 3－ 6e V的范围内）吸收后产生光化学反应所需的能量。

尤其是短波紫外线的光子能量较大，对光化学反应特别有效，能直接引起一些物质的化合和分解。

我们知道同位素分离，是从天然的同位素混合物中分离出某种纯同位素来，或者把其中某一种同位素的浓度提高。

同一种元素的同位素，其物理化学性质很相似，这就造成了分离同位素的困难。

过去分离同位素是利用同位素质量不同来实现的，例如用气体的扩散法和离心法来分离同位素。

但这些方法成本高，效率低。

用紫外线光量子的能量可只激发同位素当中的一种而其他不被激发，然后用物理或化学的方法把它同未被激发的同位素分离开来。

用紫外线分离同位素的方法成本低，效率高，可节省很多投资。