高分子材料的光学性能PPT
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液晶高分子ppt课件
结论与展望
03
总结研究成果，指出研究局限性和未来研究方向，展望液晶高
分子领域的发展前景。
05
液晶高分子材料性能及应 用研究
材料性能评价
01
液晶性
液晶高分子具有独特的液晶性，即在一定温度范围内呈现出液晶态。这
种液晶态具有光学各向异性、高粘度、低流动性等特点，使得液晶高分
子在显示、光学、电子等领域具有广泛应用。
光学性质
具有优异的光学性能，如 高透明度、低双折射等。
液晶态特性
取向有序性
液晶分子在某一特定方向排列有序， 形成各向异性。
流动性
连续性与流动性
液晶分子的排列并不像晶体那样完美 ，而是存在一定的缺陷和位错，这些 缺陷和位错使得液晶具有流动性和连 续性。
与晶体不同，液晶具有流动性，其分 子排列不像晶体那样牢固。
01
02
03
主链型液晶高分子
分子主链具有刚性，能形 成液晶态的聚合物。
侧链型液晶高分子
液晶基元作为侧基连接在 柔性主链上，侧基具有足 够大或刚性。
组合型液晶高分子
主链和侧链上同时含有液 晶基元的聚合物。
物理性质
热学性质
具有较宽的液晶相温度范 围，较高的热稳定性和热 氧化稳定性。
力学性质
具有高强度、高模量、低 收缩等优异的力学性能。
电子领域
液晶高分子在电子领域的应用主要包括电子封装材料、电子绝缘材料等。利用液晶高分子 的耐高温、耐化学腐蚀等特性，可以提高电子产品的可靠性和稳定性。
挑战与机遇并存
挑战
液晶高分子的研究和发展面临着一些挑战，如合成难度大、成本高、应用领域受限等。此外，随着科技的不断发 展，新型显示技术不断涌现，对液晶高分子的需求也在不断变化，这对液晶高分子的研究和发展提出了更高的要 求。
聚合物的电学、热学和光学性能—聚合物的电学性能(高分子物理课件)
导电高分子
表征材料电性能的另一个重主要参量是电导率。电导率的定义可以由欧姆定律给出：当施加的电场产生电流时，电流密度J正比于电场强度E，其比例常数，即为电导率σ，即：电导率σ= J(电流密度) /E(电场强度) 电导率与电阻率关系为σ=1/ρ，单位为西门子每米，即S/m。 电导率的大小反映了物质输送电流的能力。ρ愈小,σ愈大，材料导电性能就越好。
界面极化
PE能否发生取向极化？纯PE，界面极化能否发生？
思考题
介电性指在电场作用下,构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质，宏观表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，这是由于聚合物分子在电场作用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗表示。
二、聚合物的介电性能
例如喷涂在聚合物表面的抗静电剂，通过其亲水基团吸附空气中的水分子，会形成一层导电的水膜，使静电从水膜中跑掉。
在涤纶电影片基上涂敷抗静电剂烷基二苯醚磺酸钾，结果片基表面电阻率降低7~8个数量级。
另外，根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。
相对于本征型导电高分子而言，这种复合材料的制备无论在理论上还是应用上都比较成熟，具有成型简便、重量轻、可在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低廉等优点，因而得以广泛开发应用。
复合型导电高分子的基体有：
常用的导电填料有：
碳类（石墨、炭黑、碳纤维ห้องสมุดไป่ตู้石墨纤维等）
金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等）
聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带正电，介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。
表征材料电性能的另一个重主要参量是电导率。电导率的定义可以由欧姆定律给出：当施加的电场产生电流时，电流密度J正比于电场强度E，其比例常数，即为电导率σ，即：电导率σ= J(电流密度) /E(电场强度) 电导率与电阻率关系为σ=1/ρ，单位为西门子每米，即S/m。 电导率的大小反映了物质输送电流的能力。ρ愈小,σ愈大，材料导电性能就越好。
界面极化
PE能否发生取向极化？纯PE，界面极化能否发生？
思考题
介电性指在电场作用下,构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质，宏观表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，这是由于聚合物分子在电场作用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗表示。
二、聚合物的介电性能
例如喷涂在聚合物表面的抗静电剂，通过其亲水基团吸附空气中的水分子，会形成一层导电的水膜，使静电从水膜中跑掉。
在涤纶电影片基上涂敷抗静电剂烷基二苯醚磺酸钾，结果片基表面电阻率降低7~8个数量级。
另外，根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。
相对于本征型导电高分子而言，这种复合材料的制备无论在理论上还是应用上都比较成熟，具有成型简便、重量轻、可在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低廉等优点，因而得以广泛开发应用。
复合型导电高分子的基体有：
常用的导电填料有：
碳类（石墨、炭黑、碳纤维ห้องสมุดไป่ตู้石墨纤维等）
金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等）
聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带正电，介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。
高分子物理----高分子的光学性能
高分子的光学性质
Optical Properties of Polymer
1. 概述
材料的光学性能主要包括光线的透射、吸
收、折射、反射、偏振等性能。通常，无色的 光学材料在可见光波段里是没有吸收的。
2.光的折射和非线性光学性质
当光线由空气入射到透明介质中时，由于 在两种介质中的传播速率不同而发生了光路的 变化，这种现象称为光的折射。若光的入射角 为i，折射角为r，则物质的折射率n为 n=sini/sinr
2.光的折射和非线性光学性质
3.光的反射与吸收
照射到透明材料上的光线，除有部分折射进入物 体内部之外，还有一部分在物体表面发生反射。发生 反射时反射角与入射角相等。
4.结晶聚合物的光学性质
高聚物晶区中的分子链排列规整，其密度大于非晶区
ρc＞ρa，因而随着结晶度的增加，高聚物的密度增大。从大
量高聚物的统计发现，结晶和非晶密度之比的平均值约为
（ 2 ）如果晶区的分子尺寸比可见光的波长还小时， 这时的也不发生折射和反射。因此，为了提高聚合物的透 明性，可采用减小其晶区的尺寸。 例如等规聚丙烯透明性。
1.13，即ρc/ρa，=1.13。
4.结晶聚合物的光学性质
物质的折光率与密度有关，由于高聚物 中晶区与非 晶区密度不同，折光率也不相同。
当光线通过结晶高聚物时，在晶区界面上发生反射
和折射，不能直接通过。因此，结晶高聚物通常呈乳白
色，不透明，如PE、PA等。
4.结晶聚合物的光学性质
当结晶度减小时，透明度会增加。玻璃态聚合物在 可见光范围内没有特征的选择吸收，吸收系数α值很小， 通常为无色透明的。 如有机玻璃（ PMMA ）、聚苯乙 烯（PS）等。
2.光的折射和非线性光学性质
Optical Properties of Polymer
1. 概述
材料的光学性能主要包括光线的透射、吸
收、折射、反射、偏振等性能。通常，无色的 光学材料在可见光波段里是没有吸收的。
2.光的折射和非线性光学性质
当光线由空气入射到透明介质中时，由于 在两种介质中的传播速率不同而发生了光路的 变化，这种现象称为光的折射。若光的入射角 为i，折射角为r，则物质的折射率n为 n=sini/sinr
2.光的折射和非线性光学性质
3.光的反射与吸收
照射到透明材料上的光线，除有部分折射进入物 体内部之外，还有一部分在物体表面发生反射。发生 反射时反射角与入射角相等。
4.结晶聚合物的光学性质
高聚物晶区中的分子链排列规整，其密度大于非晶区
ρc＞ρa，因而随着结晶度的增加，高聚物的密度增大。从大
量高聚物的统计发现，结晶和非晶密度之比的平均值约为
（ 2 ）如果晶区的分子尺寸比可见光的波长还小时， 这时的也不发生折射和反射。因此，为了提高聚合物的透 明性，可采用减小其晶区的尺寸。 例如等规聚丙烯透明性。
1.13，即ρc/ρa，=1.13。
4.结晶聚合物的光学性质
物质的折光率与密度有关，由于高聚物 中晶区与非 晶区密度不同，折光率也不相同。
当光线通过结晶高聚物时，在晶区界面上发生反射
和折射，不能直接通过。因此，结晶高聚物通常呈乳白
色，不透明，如PE、PA等。
4.结晶聚合物的光学性质
当结晶度减小时，透明度会增加。玻璃态聚合物在 可见光范围内没有特征的选择吸收，吸收系数α值很小， 通常为无色透明的。 如有机玻璃（ PMMA ）、聚苯乙 烯（PS）等。
2.光的折射和非线性光学性质
光学高分子材料简述及性能指标
光学高分子材料简述及性能指标光学高分子材料种类繁多，应用也不尽相同，但一般都包含三大类技术指标：光学性能、机械性能、热学性能。
光学性能主要包括折射率和色散、透过率、黄色指数及光学稳定性。
折射率和色散是光学材料的最基本性能。
在透镜设计中，为使透镜超薄和低曲率必须寻求高折射率的光学材料，而校正色差要求有两组阿贝数不同的材料，即冕牌系列(低色散，阿贝数>50)和火石系列(高色散，阿贝数<40)。
光学玻璃的折射率和色散有较大的选择余地，而光学塑料的选择范围却十分有限，尤其是冕牌系列光学塑料。
透明塑料折射率的测定最常用的方法是折射仪法。
阿贝折射仪是最广泛用于测定折射率的折射仪。
透过率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标，一种树脂的透过率越高，其透光性就越好。
透过率的定义为：透过材料的光通量（T2）占入射到材料表面上的光通量(T1)的百分率。
任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使是透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%。
聚合物光学材料在紫外和可见光区的透光性和光学玻璃相近，在近红外以上区域不可避免的出现碳氢振动所引起的吸收。
通常，光学塑料在可见光区透光率的损失主要由以下三个因素造成：光的反射；光的散射；光的吸收。
黄色指数是无色透明材料质量和老化程度的一项性能指标，由分光光度计的读数计算而得，描述了试样从无色透明或白色到黄色的颜色变化。
这一实验最常用于评价一种材料在真实或模拟的日照下的颜色变化。
而对于透明塑料材料来说，由于原料纯度或加工条件等因素的影响，可能自身带有一定颜色。
光学树脂如同多数有机物质一样存在着耐候和耐老化问题，因此树脂的结构和加工工艺以及使用环境对树脂的光学性能有较大的影响。
在一定使用期限内，光学参数的稳定性尤为关键，这个指标直接决定产品的使用性能。
采用人工加速老化中的全紫外线老化的方法检测树脂的光学稳定性。
全紫外线老化法主要模拟阳光中的紫外线．全紫外线强度比相应太阳紫外强度高几倍。
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
高分子化学ppt幻灯片课件
产业的发展。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。
《高分子物理》ppt课件
为和结晶形态。
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
PART 03
高分子溶液性质与行为
REPORTING
高分子溶解过程及热力学
溶解过程的描述
高分子在溶剂中的溶解过程包括 溶胀、溶解两个阶段，涉及高分 子链的舒展和溶剂分子的渗透。
热力学参数
溶解过程中的热力学参数如溶解 度参数、混合焓、混合熵等，决 定了高分子与溶剂的相容性。
温度对溶解的影响
区别
高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关 系。此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种 物理手段和理论计算的方法。
PART 02
高分子链结构与形态
REPORTING
高分子链化学结构
可用于制造透明或半透明的制品，如透明塑料、有机玻璃等。
03
耐候性
高分子材料在户外环境下能够保持其光学性能的稳定，不易发生黄变、
老化等现象，因此适用于户外光学器件的制造。
耐热性、耐腐蚀性等其他性能
耐热性
高分子材料通常具有较好的耐热性，能够在高温环境下保持其物理和化学性质的稳定。这 使得高分子材料在高温工作环境中具有广泛的应用，如汽车发动机部件、电子电器部件等 。
特定的高分子结构、温度区间和浓度等。
液晶态性能
液晶态高分子具有优异的光学性能、力学性能（如高强度和高模量 ）以及热稳定性等。
PART 05
高分子材料力学性能与增 强机制
REPORTING
拉伸、压缩、弯曲等力学性能
拉伸性能
高分子材料在拉伸过程中，经历弹性变形、屈服、应变硬化和断裂 等阶段，表现出不同的力学行为。
核磁共振法研究分子运动状态
PC和PMMA材料特性PPT课件
3.机械性能
PC的力学性能优良，尤其是冲击性能优异，在很宽范围内 能保持较好的尺寸稳定性。
PC的冲击强度在目前使用的热塑性通用和工程塑料中非常 突出。
PC的耐蠕变性优于PA和POM，尺寸稳定性高，而耐疲劳强度 较低、缺口敏感性高、耐磨性较差。
第10页/共28页
4.化学性能
PC具有一定的耐化学药品性，对有机酯、稀无机酸、 盐类、油、脂肪烃及醇都比较稳定；
材料特性
第1页/共28页
1. 发展简史
人们开展聚碳酸酯（PC）的研究工作已有近120年的历史了。 早在1881年，K. Birnbaum和C.Lurie就制得了碳酸酯缩合物。
1940年，美国
Байду номын сангаас
(杜邦)公司的Peterson成功地制得了可制成
纤维和薄膜的高分子量聚碳酸酯并取得了美国专利。可以说，这是关于聚碳
第19页/共28页
1.光学性能
PMMA最大的特点是具有优异的光学性能，这也是其俗 称“有机玻璃”的由来。
PMMA
折射率 1.49
透光率92%
无机硅酸盐玻璃 折射率 1.5左右 透光率80%
主要是因为它是无定形聚合物，质地均匀，其内部分子 排列方式不会影响进入内部的光线在各个部分通过时的速度， 光线能够以同样的速度前进，不会四面分散，互相干扰。
•分子量/流动性
•具体性能
第4页/共28页
按用途分类
第5页/共28页
按分子量/流动性分类
第6页/共28页
按性能分类
在高端PC产品方面， 毫无疑问，SABIC是 公认的全球第一
第7页/共28页
3、PC的性能
12.交联性 11.相容性 10.透气性 9.稳定性 8.电性能
高分子材料的光学性能
一．反射 1．反射系数（反射率）
设光的总能量流w为 W = W′+ W″ W， W′，W″分别为单位时间通过位面积的入射光、反射 光和折射光的能量流。 则反射系数（反射率）m = W′/ W 或 m = 被反射的光强度 / 入射光强度 当角度很小时，即垂直入射时:
如在玻璃表面涂以对红外线反射率高的金属膜（An、Cu、Ag、Cr、Ni等），用作建筑物反射太阳能的隔热玻璃，可以调节室内空调的能力，并增加建筑物外表的美观——热反射玻璃。
实例：
当光从介质射入空气的入射角与光在介质－空气界面的折射率呈下列关系时： sini1＞1/n，就会发生内反射，即光线不能射入空气，而全部折回介质。对大多数聚合物来说，n≈1.5，i1最小为42°。光线在聚合物内全反射，会使透明聚合物显得格外明亮，利用这一现象可以将透明聚合物制成发亮的制品，如车的尾灯、交通标志等；也能纺丝做成光纤使用。
紫外区（10～400nm）
一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要是由于红外光（电磁波）的频率与材料中分子振子（或相当于分子大小的原子团）的本征频率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
折射率随频率的减小(或波长的增加)而减小。
色散
对于一枚镜头而言，不同波长光的焦点位置实际上是不一样的，这必然导致很多成像问题，其中之一就是色散。
2.色散的表示方法
（2）色散系数νD：也叫阿贝数、色散倒数或倒数相对色散，这是最常用的数值 ；阿贝数越小色散现象越严重。
（1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示 nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）为光源测出的折射率。 nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）为光源测出的折射率。
设光的总能量流w为 W = W′+ W″ W， W′，W″分别为单位时间通过位面积的入射光、反射 光和折射光的能量流。 则反射系数（反射率）m = W′/ W 或 m = 被反射的光强度 / 入射光强度 当角度很小时，即垂直入射时:
如在玻璃表面涂以对红外线反射率高的金属膜（An、Cu、Ag、Cr、Ni等），用作建筑物反射太阳能的隔热玻璃，可以调节室内空调的能力，并增加建筑物外表的美观——热反射玻璃。
实例：
当光从介质射入空气的入射角与光在介质－空气界面的折射率呈下列关系时： sini1＞1/n，就会发生内反射，即光线不能射入空气，而全部折回介质。对大多数聚合物来说，n≈1.5，i1最小为42°。光线在聚合物内全反射，会使透明聚合物显得格外明亮，利用这一现象可以将透明聚合物制成发亮的制品，如车的尾灯、交通标志等；也能纺丝做成光纤使用。
紫外区（10～400nm）
一般认为在红外区的吸收是属于分子光谱。吸收主要是由于红外光（电磁波）的频率与材料中分子振子（或相当于分子大小的原子团）的本征频率相近或相同引起共振消耗能量所致。即在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
折射率随频率的减小(或波长的增加)而减小。
色散
对于一枚镜头而言，不同波长光的焦点位置实际上是不一样的，这必然导致很多成像问题，其中之一就是色散。
2.色散的表示方法
（2）色散系数νD：也叫阿贝数、色散倒数或倒数相对色散，这是最常用的数值 ；阿贝数越小色散现象越严重。
（1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示 nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）为光源测出的折射率。 nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）为光源测出的折射率。
《高分子材料性能学》PPT课件
14
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
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八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
12
六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
3
2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
9
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
12
六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
3
2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
9
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
高分子材料教学课件PPT
• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子(如X—H)同时与另 一个电负性较强的原子(如Y)之间的相互作用，即(X—H…Y)．这 些电负性铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键 中，X—H基本上是共价键，而H…Y则是一种强而有方向性的范 德华力．这里把氢键归入范德华力是因为氢键本质上是带有部分 负电荷的Y与电偶极矩很大的极性键X—H间的静电吸引相互作用.
5
聚合物分子内与分子间相互作用力
• 物质的结构是指物质的组成单元(原于或分子)之间在相互吸引和排斥作用
达到平衡时的空间诽布．因此为了认识高聚物的结构，首先应了解存在于高聚 物分子内和分子间的相互作用．
• 化学键
构成分子的原子间的作用力有吸引力和斥力，吸引力是原子形成分于的结合力， 叫作主价力，或称键合力．斥力是各原子的电子之间的相互排斥力．当吸引力 和斥力达到平衡时，便形成稳定的化学键．
• 金属键 是由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互 作用而形成的，无方向性和饱和性，赋予高导电性．在所谓的 “金属螯合高聚”(metallocene po1ymer)中可以说存在金属 键．
2024/6/20
7
• 范德华力
作用能: 2~8kJ/mol
是存在于分子间或分子内非键合原于间的相互作用力．两分子间的 范德华力F(r)及相互作用能E(r)是分子之间距离r的函数如图所示.
2024/6/20
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重要高分子材料
合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 教 材P332表7.4
➢ 通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等.
➢ 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制 造机器零部件的塑料. 最重要的有:
聚合物的电学、热学和光学性能—光学性能(高分子物理课件)
聚合物的光学性能
❖ 光的吸收和透过 ❖ 光的反射和折射 ❖ 材料的颜色
1
10.3.1 光的吸收和透过
一束光强为Io的平行单色光照射均匀材料时，一部分被材料表面所反射，剩余部分进入材 料内部，其中一部分被材料吸收，另一部分透过材料。入射光的原始光强为：
Io=IR+IA+IT R为反射率，A为吸光率，T为透光率。 各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度上的差异。 材料对光的吸收源于电磁波作用于材料中的原子时产生的电子极化和电子跃迁。
•电子极化，即造成电子云和Байду номын сангаас子核重心发生相对位移。结果是光通过 介质时一部分能量被吸收，同时光波速度被减小 •电子跃迁把光能消耗在电子的激发上。当光的能量大于电子能隙时， 处于低能级的电子可吸收光能激发到高能级。hv＞ Eg
• 金属材料
金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态，因此频率分布范围 很宽的各种入射辐射都可激发电子到能量较高的未填充态，从而被吸收。所 以金属超过100nm就不透明。
可见光波长：380-780nm，能量：3.26eV-1.59eV
一般的窗玻璃在紫外光区（320 nm以下）有较强的吸收。 石英和蓝宝石可较好的透过紫外线，故可用作涉及紫外线波段的材料 ，如紫外光谱测量：石英比色皿。 Si在红外波段有大约50%的透过率，故可用作红外光谱测量的样品基 片。
4
许多材料本来是透明的电介质，也可以制成半透明或不透明的。其基本原理是设法 使光线在材料内部发生多次反射（包括漫反射）和折射，致使透射光线变得十分弥 散，当散射作用非常强烈，以致几乎没有光线透过时，材料看起来就 不透明了。
• 半导体和其它非金属材料
-------对光的吸收取决于能隙Eg ➢ 当材料的能隙Eg＞3.26eV，将不能通过电子跃迁吸收可见光，如果材料均 匀无杂质，则是无色透明的。 ➢当材料的能隙Eg＜1.59eV，则所有可见光都可被吸收，导致材料不透明。 ➢当材料的能隙1.59eV ＜ Eg ＜ 3.26eV时，部分光波被吸收，材料呈现不同 的颜色。
❖ 光的吸收和透过 ❖ 光的反射和折射 ❖ 材料的颜色
1
10.3.1 光的吸收和透过
一束光强为Io的平行单色光照射均匀材料时，一部分被材料表面所反射，剩余部分进入材 料内部，其中一部分被材料吸收，另一部分透过材料。入射光的原始光强为：
Io=IR+IA+IT R为反射率，A为吸光率，T为透光率。 各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度上的差异。 材料对光的吸收源于电磁波作用于材料中的原子时产生的电子极化和电子跃迁。
•电子极化，即造成电子云和Байду номын сангаас子核重心发生相对位移。结果是光通过 介质时一部分能量被吸收，同时光波速度被减小 •电子跃迁把光能消耗在电子的激发上。当光的能量大于电子能隙时， 处于低能级的电子可吸收光能激发到高能级。hv＞ Eg
• 金属材料
金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态，因此频率分布范围 很宽的各种入射辐射都可激发电子到能量较高的未填充态，从而被吸收。所 以金属超过100nm就不透明。
可见光波长：380-780nm，能量：3.26eV-1.59eV
一般的窗玻璃在紫外光区（320 nm以下）有较强的吸收。 石英和蓝宝石可较好的透过紫外线，故可用作涉及紫外线波段的材料 ，如紫外光谱测量：石英比色皿。 Si在红外波段有大约50%的透过率，故可用作红外光谱测量的样品基 片。
4
许多材料本来是透明的电介质，也可以制成半透明或不透明的。其基本原理是设法 使光线在材料内部发生多次反射（包括漫反射）和折射，致使透射光线变得十分弥 散，当散射作用非常强烈，以致几乎没有光线透过时，材料看起来就 不透明了。
• 半导体和其它非金属材料
-------对光的吸收取决于能隙Eg ➢ 当材料的能隙Eg＞3.26eV，将不能通过电子跃迁吸收可见光，如果材料均 匀无杂质，则是无色透明的。 ➢当材料的能隙Eg＜1.59eV，则所有可见光都可被吸收，导致材料不透明。 ➢当材料的能隙1.59eV ＜ Eg ＜ 3.26eV时，部分光波被吸收，材料呈现不同 的颜色。
《光功能高分子材料》课件
VS
环境监测
光功能高分子材料还可以用作环境监测的 探针和传感器，通过检测环境中特定物质 的变化来实现环境质量的实时监测和预警 。
05
光功能高分子材料的未来发
展
新材料开发
高性能光敏树脂
研究开发具有高感光度、高分辨 率和高稳定性的光敏树脂，以满 足3D打印、微纳制造等领域的需 求。
新型光聚合引发剂
探索新型光聚合引发剂，提高光 聚合反应的效率和可控性，促进 光功能高分子材料的发展。
将具有光功能的物质掺入到高分子基质中，形成光功能高分 子复合材料。例如，将荧光染料掺入聚合物中，可制备具有 荧光性能的聚合物材料。
复合制备
将两种或多种高分子材料进行复合，形成光功能高分子复合 材料。例如，将聚合物与无机纳米粒子复合，可制备具有光 催化性能的复合材料。
表面改性与涂层制备
表面改性
通过化学或物理方法对高分子材料表面进行改性，赋予其光功能特性。例如，使 用等离子体处理、紫外光照射等方法对高分子表面进行处理，可提高其光敏性。
《光功能高分子材料 》PPT课件
• 光功能高分子材料简介 • 光功能高分子材料的性质 • 光功能高分子材料的制备方法 • 光功能高分子材料的应用 • 光功能高分子材料的未来发展
目录
01
光功能高分子材料简介
定义与分类
总结词
光功能高分子材料是指具有光学功能的高分子材料，可以根据其特性进行分类 。
详细描述
环保等方向发展。
应用领域
总结词
光功能高分子材料在多个领域都有广泛的应用，如显 示、照明、生物成像等。
详细描述
光功能高分子材料因其独特的性能和广泛的应用前景 ，在多个领域都有广泛的应用。在显示领域，光功能 高分子材料可用于制造液晶显示器、有机电致发光显 示器等；在照明领域，光功能高分子材料可用于制造 高效LED灯具、荧光灯管等；在生物成像领域，光功 能高分子材料可用于荧光探针、生物成像标记物等。 此外，光功能高分子材料还可用于太阳能电池、信息 存储等领域。
《高分子材料进展》课件
生物降解高分子材料
生物降解高分子材料在体内可降解，如聚乳 酸、聚己内酯等，可用于药物载体和手术缝 合线等领域。
高分子材料的绿色化发展
要点一
可再生资源合成高分子材料
利用可再生资源合成高分子材料是绿色化学的重要方向， 如淀粉基塑料、纤维素基复合材料等。
要点二
环保型高分子材料
环保型高分子材料在生产过程中对环境影响较小，如水性 涂料、生物基塑料等，符合可持续发展要求。
光学性能与化学性能
总结词
高分子材料的光学性能和化学性能对于 其外观、耐久性和功能性至关重要。
VS
详细描述
光学性能主要包括透明度、光泽度和反射 率等，这些参数决定了材料在视觉上的表 现。化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性和 耐候性等，它们决定了材料在各种环境条 件下的稳定性和耐久性。
高分子材料的应用领域
合成方法与技术
自由基聚合
自由基聚合是一种常见的合成方法，通过引发剂产生自由基活性 种，引发单体聚合形成聚合物。
离子聚合
离子聚合是指通过离子键合形成聚合物的合成方法，包括阴离子聚 合和阳离子聚合两种类型。
配位聚合
配位聚合是一种定向聚合方法，通过过渡金属催化剂催化烯烃单体 进行聚合，形成具有特定立构规整性的聚合物。
智能化
高分子材料将逐渐实现智 能化，能够根据环境变化 进行自我调节和适应。
绿色化
环保意识的提高，高分子 材料的生产和使用将更加 注重环保和可持续发展。
高分子材料与其他学科的交叉融合
生物学
高分子材料与生物学的交 叉融合将产生更多生物医 用材料，如生物降解材料 、组织工程材料等。
物理学
高分子材料与物理学的交 叉融合将促进高分子材料 的结构和性能研究，提高 其稳定性和功能性。
2024版《液晶高分子》ppt课件
《液晶高分子》ppt课件
目录
• 液晶高分子概述 • 液晶高分子结构与性质 • 液晶高分子合成与制备方法 • 液晶高分子表征与测试技术 • 液晶高分子材料应用实例 • 液晶高分子发展趋势与挑战
01
液晶高分子概述
液晶高分子定义与特点
定义
液晶高分子是一类具有液晶性质的 高分子材料，其分子结构介于晶体 和液体之间，表现出独特的物理和 化学性质。
特点
液晶高分子具有高弹性、高韧性、 高强度、高耐热性、高耐化学腐蚀 性以及优异的电学、光学和磁学性 能。
液晶高分子发展历程
早期研究
20世纪60年代，人们开始研究液晶高分子的合成 和性质。
理论发展
70年代，随着液晶理论的不断完善，液晶高分子 的研究逐渐深入。
应用拓展
80年代以来，液晶高分子在显示技术、光电子器 件、生物医学等领域的应用不断拓展。
功能化液晶高分子
研究具有光、电、磁等特殊功能 的液晶高分子材料，拓展其在光 电显示、传感器等领域的应用。
生物相容性液晶高分子
开发具有良好生物相容性和生物 活性的液晶高分子材料，应用于 生物医学领域，如组织工程、药 物载体等。
现有材料性能提升策略
分子结构设计
通过改变液晶高分子的分子结构，如引入刚性基团、增加 分子链长度等，提高其力学性能和热稳定性。
共混改性
将液晶高分子与其他高分子材料进行共混，实现性能互补 和优化，提高综合性能。
纳米复合
利用纳米技术将液晶高分子与无机纳米粒子进行复合，制 备出具有优异性能的纳米复合材料。
面临挑战及解决思路
加工成型困难
液晶高分子通常具有较高的熔点和粘度，加工 成型困难。可通过改进加工工艺、采用高温高 压成型等方法解决。
目录
• 液晶高分子概述 • 液晶高分子结构与性质 • 液晶高分子合成与制备方法 • 液晶高分子表征与测试技术 • 液晶高分子材料应用实例 • 液晶高分子发展趋势与挑战
01
液晶高分子概述
液晶高分子定义与特点
定义
液晶高分子是一类具有液晶性质的 高分子材料，其分子结构介于晶体 和液体之间，表现出独特的物理和 化学性质。
特点
液晶高分子具有高弹性、高韧性、 高强度、高耐热性、高耐化学腐蚀 性以及优异的电学、光学和磁学性 能。
液晶高分子发展历程
早期研究
20世纪60年代，人们开始研究液晶高分子的合成 和性质。
理论发展
70年代，随着液晶理论的不断完善，液晶高分子 的研究逐渐深入。
应用拓展
80年代以来，液晶高分子在显示技术、光电子器 件、生物医学等领域的应用不断拓展。
功能化液晶高分子
研究具有光、电、磁等特殊功能 的液晶高分子材料，拓展其在光 电显示、传感器等领域的应用。
生物相容性液晶高分子
开发具有良好生物相容性和生物 活性的液晶高分子材料，应用于 生物医学领域，如组织工程、药 物载体等。
现有材料性能提升策略
分子结构设计
通过改变液晶高分子的分子结构，如引入刚性基团、增加 分子链长度等，提高其力学性能和热稳定性。
共混改性
将液晶高分子与其他高分子材料进行共混，实现性能互补 和优化，提高综合性能。
纳米复合
利用纳米技术将液晶高分子与无机纳米粒子进行复合，制 备出具有优异性能的纳米复合材料。
面临挑战及解决思路
加工成型困难
液晶高分子通常具有较高的熔点和粘度，加工 成型困难。可通过改进加工工艺、采用高温高 压成型等方法解决。
高分子材料的光学性能研究
高分子材料的光学性能研究随着科技的进步和应用的不断拓展，高分子材料在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
从塑料袋到手机壳，从光纤到液晶屏幕，高分子材料的应用范围广泛。
在这些应用中，光学性能是高分子材料至关重要的一个方面。
光学性能是指材料对光的响应和作用。
高分子材料的光学性能研究主要包括折射率、透过率、发光性能等方面。
折射率是介质对光传播速度的影响。
在光学器件中，材料的折射率会直接影响到设备的性能。
因此，对高分子材料的折射率进行研究是十分重要的。
科学家通过改变高分子材料的组成、结构等因素，来调控其折射率。
例如，通过增加高分子材料中的钙离子含量，可以提高其折射率，从而使其在光电子器件中发挥更好的性能。
透过率是指材料对光的透过程度。
高分子材料中的透过率通常由材料的结构和厚度等因素决定。
对于透明材料的研究，科学家尤其关注其透过率和热传导性能之间的关系。
通过合理设计高分子材料的结构和控制其厚度，可以实现更高的透过率和较低的热传导性能，从而提高材料的光学性能。
发光性能是高分子材料的一个重要特性，也是近年来研究的热点之一。
高分子材料的发光性能可以通过不同的方法来实现，例如通过添加特定的发光剂、调控材料的结构等。
通过对高分子材料的发光性能研究，科学家们可以深入了解材料的发光机制，并进一步优化材料的性能。
而要对高分子材料的光学性能进行研究，首先需要合适的测试方法。
光学性能的测试可以采用光谱仪、拉曼光谱仪、电镜等仪器设备。
这些仪器设备可以帮助科学家们对高分子材料的光学性能进行准确的测量和分析。
在研究高分子材料的光学性能时，科学家们还需要考虑材料的稳定性和可持续性。
高分子材料在不同环境条件下的性能如何变化，是否具有长期稳定性等问题都需要被考虑。
这将有助于科学家们更好地预测和控制高分子材料在实际应用中的性能。
总的来说，高分子材料的光学性能研究对于提高材料的应用性能、拓展新的应用领域具有重要意义。
通过对折射率、透过率、发光性能等方面的深入研究，科学家们可以不断改进高分子材料的性能，并进一步推动科技的发展。
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射光线双的折现射象是，非n均n质//晶体n的特性，这类晶体的所有光
学性能都和双折射有关。
14
（5）材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力
方向的n小。因此产生双折ห้องสมุดไป่ตู้。 树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取向，
因而应力与双折射有一定的关系，即： n//nCC为应力光学系数，
σ为应力。经验表明，脂肪族聚合物具有较低的应力光学系数，如PMMA和 OZ-1000（聚三环癸甲基丙烯酸脂）双折射很小，基本是各向同性的；含 有易极化和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应力光学系数，如PS 和PC，苯环位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大； 树脂大分子链 上含有共聚单元，容易产生双折射现象；树脂中添加其它助剂，由于助剂 与树脂之间的折射率不同而产生双折射。
3．影响折射率的因素
（1）折射率与极化率的关系
当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时，辐射的 极化电场引起其中带电的结构单元周期性的位移，辐射导 致该材料的宏观极化。在可见光的频率范围内仅出现电子 极化。由于光的传播与介质的极化有关，因此介质对光波 场的响应可用宏观物理量------极化率或介电常数来描述。 光波除了与材料中的电结构作用外，还与磁结构作用。正 是因为材料的极化和磁化作用，“拖住”了电磁波的步伐， 使电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论， 光在介质中的传播速度应为：
siin1 siin2
n2 n1
n2112
式中：v1及v2分别表示光在材料l及2中的传播速度，n21为材料2相对于材料l的 相对折射率。
材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比，折射率 较大者，光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于l的正数。如空气的n =1.0003，固体氧化物n=1.3—2.7，硅酸盐玻璃n=1.5—1.9，树脂：1.3-1.7 3
5
（2）折射率与离子半径的关系 当离子半径增大时，其ε增大，因而n也
随之增大。因此，可以用大离子得到高折 射率的材料，如PbS的n=3.912，用小离子 得到低折射率的材料，如SiCl4的n=1.412。
6
（3）折射率与摩尔折光度、分子体积的关系
折射率与材料介质摩尔折射度成正比，与分子体积成反比；而摩 尔折射度与介质极化率成正比，所以要提高折射率，要求材料具有大 的极化率和小的分子体积。
7
摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分 子中电子(主要是价电子)云相对于分子骨架 的相对运动的结果。这种把光学折射与化 学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。 文献中有多种定义。
8
9
10
11
可以看出，具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率；含有相同碳数
的碳氢基团，折射率按支化链<直链<脂环<芳环的顺序变大。
15
4. 折射率的表示
折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射 率n 随入射光波长的降低而减小，所以，谈材料 的折射率时必须指出所用的光的波长。一般常用 nD来比较不同材料的折射率。
nD是指用钠光谱中的D线（λD=589.3nm，黄 色）为光源测出的折射率。
16
二．色散 1．定义：材料的折射率随入射光的频率的减小(或
v c
式中：c为真空中的光速，ε为介质的介电常数，μ为介质的导磁率。对于非磁性 材料， 1。在下面讨论中，介质材料一般都是非磁性材料。
4
n c c v材料 c
n ε
该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原 子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观 量介电常数来影响光在材料中的传播速度。
第一节 光通过介质的现象 一.折射 1．折射率的定义 1）定义 光是具有一定波长的电磁波，光的折射可理解为光在介质中传
播速度的降低而产生的（以真空中的光速为基础）。 当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。折射
率定义为：光在真空和材料中的速度之比。 即：
n 真空 c 材料
1
2）绝对折射率与相对折射率 （1）绝对折射率
13
（4）与材料的结构、晶型的关系
①均质介质（各向同性的材料） 如非晶态(无定型体)和立方晶体材料，当光通过时，
光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折射率。 ②非均匀介质（除立方晶体以外的其他晶型，都是非
均质介质） 光进入非均质介质时，一般会产生双折射现象。
双折射：当一束光通过一个介质时，分为振动方向相 互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折
此外，分子中引入除F以外的卤族元素、S、P、砜基、稠环、重金属离子等均可提高
折射率，而分子中含有甲基和F原子时折射能力降低。
12
这些基团和元素的引入提高了光学树脂的折射率，同时 也带来了一些不足：（1）引入芳香族或稠环化合物可提 高折射率，但聚合物的色散较大；（2）引入除F以外的卤 素可提高折射率，但树脂的密度增大，耐候性差，易发黄； （3）引入重金属离子如铅、镧、铌或二氧化钛、硫化铅、 硫化铁纳米微粒等可提高折射率，但树脂的密度增大、抗 冲性降低、实用困难；（4）引入脂肪族多环化合物，可 提高折射率，且色散较低，但折射率提高的范围有限； （5）引入S、N、P等元素可提高折射率，特别是在聚合 物中引入S是提高折射率的最有效方法，且色散好，环境 稳定性好。
材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。 一般将真空中的折射率定为1。 （2）相对折射率 由于在实际工作中使用绝对折射率不方便，因此使 用相对折射率的概念。 相对于空气的折射率称为相对折射率：材料相对于 空气的折射率称为相对折射率：n′=va/v材料
2
2．两种材料间的相对折射率
如果光从材料1，通过界面传入材料2时， 与界面法向所形成的入射角i1、折射角i2与两 种材料的折射率n1和n2现有下述关系:
波长的增加)而减小的性质，称为色散。 2. 色散的表示方法 （1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示。 nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）
为光源测出的折射率。 nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）
学性能都和双折射有关。
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（5）材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力
方向的n小。因此产生双折ห้องสมุดไป่ตู้。 树脂中的双折射主要是由于加工过程中残留的内应力导致链段或基团取向，
因而应力与双折射有一定的关系，即： n//nCC为应力光学系数，
σ为应力。经验表明，脂肪族聚合物具有较低的应力光学系数，如PMMA和 OZ-1000（聚三环癸甲基丙烯酸脂）双折射很小，基本是各向同性的；含 有易极化和取向的苯环的芳香族聚合物则具有较大的应力光学系数，如PS 和PC，苯环位于主链比位于侧链时应力光学系数增加更大； 树脂大分子链 上含有共聚单元，容易产生双折射现象；树脂中添加其它助剂，由于助剂 与树脂之间的折射率不同而产生双折射。
3．影响折射率的因素
（1）折射率与极化率的关系
当一种介质材料置于可见光范围的电磁辐射场中时，辐射的 极化电场引起其中带电的结构单元周期性的位移，辐射导 致该材料的宏观极化。在可见光的频率范围内仅出现电子 极化。由于光的传播与介质的极化有关，因此介质对光波 场的响应可用宏观物理量------极化率或介电常数来描述。 光波除了与材料中的电结构作用外，还与磁结构作用。正 是因为材料的极化和磁化作用，“拖住”了电磁波的步伐， 使电磁波的传播速度变慢。根据麦克斯威尔电磁波理论， 光在介质中的传播速度应为：
siin1 siin2
n2 n1
n2112
式中：v1及v2分别表示光在材料l及2中的传播速度，n21为材料2相对于材料l的 相对折射率。
材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。两种折射率相比，折射率 较大者，光的传播速度较慢。材料的折射率永远是大于l的正数。如空气的n =1.0003，固体氧化物n=1.3—2.7，硅酸盐玻璃n=1.5—1.9，树脂：1.3-1.7 3
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（2）折射率与离子半径的关系 当离子半径增大时，其ε增大，因而n也
随之增大。因此，可以用大离子得到高折 射率的材料，如PbS的n=3.912，用小离子 得到低折射率的材料，如SiCl4的n=1.412。
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（3）折射率与摩尔折光度、分子体积的关系
折射率与材料介质摩尔折射度成正比，与分子体积成反比；而摩 尔折射度与介质极化率成正比，所以要提高折射率，要求材料具有大 的极化率和小的分子体积。
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摩尔折射度(R)是由于在光的照射下分 子中电子(主要是价电子)云相对于分子骨架 的相对运动的结果。这种把光学折射与化 学结构联系起来的可加量叫做摩尔折射度。 文献中有多种定义。
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可以看出，具有较大极化率和较小分子体积的苯环具有较高的折射率；含有相同碳数
的碳氢基团，折射率按支化链<直链<脂环<芳环的顺序变大。
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4. 折射率的表示
折射率的大小与入射光波长有关。材料的折射 率n 随入射光波长的降低而减小，所以，谈材料 的折射率时必须指出所用的光的波长。一般常用 nD来比较不同材料的折射率。
nD是指用钠光谱中的D线（λD=589.3nm，黄 色）为光源测出的折射率。
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二．色散 1．定义：材料的折射率随入射光的频率的减小(或
v c
式中：c为真空中的光速，ε为介质的介电常数，μ为介质的导磁率。对于非磁性 材料， 1。在下面讨论中，介质材料一般都是非磁性材料。
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n c c v材料 c
n ε
该式反映了光的折射率和材料的介电常数的关系。材料的极化性质与构成材料原 子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关。这些微观因素通过宏观 量介电常数来影响光在材料中的传播速度。
第一节 光通过介质的现象 一.折射 1．折射率的定义 1）定义 光是具有一定波长的电磁波，光的折射可理解为光在介质中传
播速度的降低而产生的（以真空中的光速为基础）。 当光从真空进入较致密的材料时,其速度是降低的。折射
率定义为：光在真空和材料中的速度之比。 即：
n 真空 c 材料
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2）绝对折射率与相对折射率 （1）绝对折射率
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（4）与材料的结构、晶型的关系
①均质介质（各向同性的材料） 如非晶态(无定型体)和立方晶体材料，当光通过时，
光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折射率。 ②非均匀介质（除立方晶体以外的其他晶型，都是非
均质介质） 光进入非均质介质时，一般会产生双折射现象。
双折射：当一束光通过一个介质时，分为振动方向相 互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折
此外，分子中引入除F以外的卤族元素、S、P、砜基、稠环、重金属离子等均可提高
折射率，而分子中含有甲基和F原子时折射能力降低。
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这些基团和元素的引入提高了光学树脂的折射率，同时 也带来了一些不足：（1）引入芳香族或稠环化合物可提 高折射率，但聚合物的色散较大；（2）引入除F以外的卤 素可提高折射率，但树脂的密度增大，耐候性差，易发黄； （3）引入重金属离子如铅、镧、铌或二氧化钛、硫化铅、 硫化铁纳米微粒等可提高折射率，但树脂的密度增大、抗 冲性降低、实用困难；（4）引入脂肪族多环化合物，可 提高折射率，且色散较低，但折射率提高的范围有限； （5）引入S、N、P等元素可提高折射率，特别是在聚合 物中引入S是提高折射率的最有效方法，且色散好，环境 稳定性好。
材料相对于真空中的折射率称为绝对折射率。 一般将真空中的折射率定为1。 （2）相对折射率 由于在实际工作中使用绝对折射率不方便，因此使 用相对折射率的概念。 相对于空气的折射率称为相对折射率：材料相对于 空气的折射率称为相对折射率：n′=va/v材料
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2．两种材料间的相对折射率
如果光从材料1，通过界面传入材料2时， 与界面法向所形成的入射角i1、折射角i2与两 种材料的折射率n1和n2现有下述关系:
波长的增加)而减小的性质，称为色散。 2. 色散的表示方法 （1）平均色散：nF－nC，有时用Δ表示。 nF：是指用氢光谱中的F线（λF=486.1nm，蓝色）
为光源测出的折射率。 nC：是指用氢光谱中的C线（λC=656.3nm，红色）