金属材料的光学性质共29页文档
金属材料的光学性能及其应用分析
金属材料的光学性能及其应用分析金属材料作为一种广泛应用的材料，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，但除此之外，其光学性能也是独具特色的.一、金属材料的光学性能1.透射率一般情况下，金属材料的透射率较低，甚至为零，即光线无法通过金属进行透射。
这是由于金属材料的内部结构不同于其他透光材料，其中充满了自由电子，这些电子对光的作用导致光线被吸收或反射，从而无法透射。
2.反射率金属材料的反射率较高。
与透射率不同，金属材料的自由电子能够形成一个强烈的反射界面，从而使反射率自然增加。
这是为什么镜子是由金属制成的原因。
3.折射率正常情况下，金属材料的折射率为实数，即折射光线在进入金属表面时，不会发生任何折射现象，而是反射。
但是，当光线进入金属表面时，光线与自由电子的作用方式会导致金属中传播的电磁波的成分不同于外部媒介，从而形成了超过1的复合折射率。
二、金属材料光学性能的应用1. 黑色金属黑色金属是一种通过烧结或氧化处理后，使得金属表面形成了漆黑的一层氧化膜的金属材料，具有优异的吸收能力。
由于黑色金属吸收光线的能力极强，常用于制备吸收镜、太阳能吸收材料、太阳能电池、黑色涂料等光学元件和材料。
2. 金属膜金属膜是利用金属材料的高反射性能，经过真空沉积等工艺制备而成的，具有较高的反射和透过能力。
金属膜常用于光学涂层、反光镜、光学滤波器等光学元件中。
此外，金属膜还常用于太阳能转换和显示技术领域，如创建有机发光二极管、金属导电层等。
3. 金属纳米结构金属材料的表面形成的纳米结构是具有一定光学性能的，称为表面等离子体共振(SPR)。
在受激发时，这种纳米结构表现出特定的催化、散射、荧光等性质，具有广泛的生物分析、光电子学和传感应用。
例如，金属的SPR结构可用于生物传感器，生物标记和荧光成像等。
4. 微近红外传感近红外传感技术(NIRS)已成为目前世界上医学、食品、环保和塑料等研究领域中的热门技术之一。
其中微近红外(NIR)较短波长的红外辐射，通常指波长范围在780-2500纳米之间的辐射。
金属材料的物理性质与化学性质(doc 24页)(正式版)
7.1金屬材料的物理性質1比重(specific gravity)某一物體的重量和同體積的4℃的水之重量比叫做比重。
2比熱(specific heat)把1克的物質加熱使它升溫1℃時所需要的熱量(以calorie表示)叫做比熱。
比熱較大的Mg，A1等。
金屬的比熱通常隨溫度上升而增加。
3膨脹系數(coefficient of expansion)各種金屬受熱而溫度上升時會膨脹。
冷卻而溫度降低時會收縮。
體積的增加率叫做體積膨脹系數(coefficient of bulk expansion)，其長度的增加率叫做線膨脹系數(coefficient of linear expansion)。
比重增加時，膨脹系數也會增加。
4 導熱度(thermal conductivity)1cm立方體的相對丙面間，假定有1℃的溫度差時，在1秒內由高溫面移動到低溫面的熱量(以calorie表示)叫做導熱度。
金屬都是熱的良導體。
銀的導熱度最大，其次是Cu及AI。
金屬的純粹度愈高，其導熱度愈好。
5 比電阻(specific resistance)某金屬線的長度為ι，斷面積為s時，其電阻R可以用下式表示R=ρ(ι/s)式中ρ為比電阻。
斷面積1cm2，長1cm的材料之電阻以ohm(Ω)表示，叫做比電阻。
銅和鋁的電阻很小，所以容易導電。
電阻隨溫度增加而增大。
R t=R0(1+αt) 式中α叫做電阻的溫度系數(temperaturecoefficient of electric resistance),因金屬之不同而異。
7.2金屬材料的化學性質1 金屬的離子化(ionization) 金屬的離子化之容易度依其大小排列時可得下面所示的次序：K ﹥Ca ﹥Na ﹥AI ﹥Zn ﹥Cr ﹥Fe ﹥Co ﹥Ni ﹥Sn ﹥Pb ﹥(H) ﹥Cu ﹥Hg ﹥Pt ﹥Au2 腐蝕(corrosion)金屬表面受化學或電化學的作用，在表面生成非金屬化合物而補侵蝕漸漸會消耗的現象，叫做腐蝕。
第九章 材料的光学性质
6、绝缘体的组织结构和透明性 透明的电介质可以被制成半透明或不透明——漫散 射、多次反射和折射 微晶无序取向——晶界多次反射、折射——不透明 分散的复相材料——相界多次反射、折射——不透明 非晶高聚物——透明 混合—— 结晶高聚物——半透明、不透明 半透明、不透明 陶瓷单晶——一般透明 陶瓷多晶——晶相、玻璃相、气孔——半透明、不透明 特殊加工：热压Al2O3，玻璃相和气孔消失——透明
能流率为ϕ0的光垂直照射到厚度为l，吸收系数为β，反 射率为ρ的材料时，有
ϕT=ϕ0(1-ρ)2e-β l
透光率即ϕT/ϕ0 =(1-ρ)2e-β l
5、透明材料的颜色 透射率τ ，吸收率α，反射率ρ都与波长有关。
光线入射到透明绿色玻璃时的τ ，α，ρ与波长的关系
混合波的波长（颜色）决定透 透射光波 非吸收光波 重新发射光波 明材料的颜色 蓝宝石：单晶 Al2O3，对各波长 的光吸收均匀， 无色。 红宝石：单晶 Al2O3 中 有 Cr2O3 杂质， Cr3+ 离子 在禁带中引入杂 质能级，对蓝紫 光和黄绿光选择 吸收，非吸收光 和重新发射光决 定其为红色。
第三节、材料的发光和光学材料
一、发光和热辐射
1、荧光和磷光 发光是以可见光形式出现的能量辐射。 高温、高能辐射——电子从价带激发进入导带—— 返回价带——放出能量 辐射的能量子在1.8-3.1eV，其波长在可见光范围内 ——发光 低温下电子受激发——冷光 高温下电子受热激发——热辐射 冷光分为荧光和磷光
第二个光子与入射光子状态完全相同：传播方向、频 率、位相、偏振等都相同——完全相干 激光增益介质：在外部激励下可实现布居反转的物质 例：红宝石——α-Al2O3中有0.05%的Cr3+离子——杂质 提供中间能级。 提供中间能级 外部激励：用氙灯光（波长560nm）照射红宝石，其中 Cr3+离子中的电子受激到高能态，实现布居反转 离子中的电子受激到高能态，实现 返回基态时先在介稳态（中间能级）停留3ns，许多电 子在这一长时间内停留在介稳态 当有少数电子返回基态时，激发其他介稳态电子以雪崩 的形式返回基态，发射出越来越多的同频光子， 通过反射作用得到高度准直的相干波——激光
材料的光学性质详解演示文稿
这种现象为选择吸收。换言之，石英对可见光 和紫外线的吸收甚微，而对上述红外光有强烈 的吸收。
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吸收光谱
用具有连续谱的光（例如白光）通过具有选择吸收的物质，然后利用摄谱仪或
分光光度计，可以观测到在连续光谱的背景上呈现有一条条暗线或暗带，这表
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物体发光可分为平衡辐射和非平衡辐射两大类
1. 平衡辐射 只与辐射体的温度和发射本领有关，如白炽灯的发光。
2. 非平衡辐射 在外界激发下物体偏离了原来的热平衡，继而发出的辐射。
固体发光的微观过程可以分为两步：
① 对材料进行激励，即以各种方式输入能量，将固体中的电子的能量提高到一个 非平衡态，称为“激发态”；
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光的全反射
当光束从折射率n1较大的光密介质进入折射率n2较小的光疏介质，
且入射角大于临界角时，光线被100％反射的现象。这时不再有折 射光线，入射光的能量全部回到第一介质中。
临界角
sin c
n2 n1
(n1 n2 )
折射光
全反射应用：光导纤维
光导纤维通常用来传送无线电、 电话、电视和电子计算机数据。
明某些波长或波段的光被吸收了，因而形成了吸收光谱（absorption spectrum）
大致说来，原子气体的光谱是线状谱，而分子气体、液体和固体的光谱是带状 谱，吸收光谱的情况也是如此。 物质的发射谱（emission spectrum）有：线状谱（line spectrum），带状谱 （band spectrum）和连续谱等。 值得注意的是，同一物质的发射光谱和吸收光谱之间有严格的对应关系，即物 质自身发射哪些波长的光，它就强烈吸收这些波长的光。
金属的性质金属和金属材料PPT课件.pptx
金属之最
地壳中含量最高的金属元素──
目前世界年产量最高的金属──
导电、导热性最好的金属──
人体中含量最高的金属元素──
熔点最高的金属──
熔点最低的金属──
你知道吗？
铝
钙
铁
银
钨
汞
硬度最大的金属──
铬
在已经发现的110多种元素中，金属元素有90多种，通常把密度在4.5 g ㎝3以下的金属叫做轻金属，如钠、镁、铝等；密度在4.5 g ㎝3以上的金属叫做重金属，如银、汞、铜等。
铁的活动性比铜的强
铁的活动性比铜的强
(1)Fe与CuSO4溶液混合(2) Cu与FeSO4溶液混合 (3)分别与酸混合
经过许多类似上述实验的探究，人们总结出了常见金属的活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
硬而脆、无韧性、可铸不可锻
坚硬、韧性大、塑性好、可铸、可锻、可压延
未来的钢铁——钛合金
钛合金镜框
钛金属腕表
钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨
几种新型合金—形状记忆合金、储氢合金
形状记忆合金
合金与组成它们的金属的性质比较
实验与探究
阅读课本P4~5页合金的内容，思考并回答下列问题。
一、金属的物理性质
共性
特性
颜色
状态
密度
熔点
硬度
导电、热性
延展性
大多数银白色、有金属光泽
一般是固体
密度较大
熔点较高
硬度较大
良好的导电、导热性
有延展性
铜为紫红色、金为黄色
汞（水银）为液体
锇密度最大，锂最小
金属材料及金属的性质.pptx
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11．[2013·安徽] 铁锅、铝锅是生活中常用的炊具，图5－1是铁 锅的示意图。
图5－1
(1)铁锅含有的金属单质是___F_e____(写化学式)，含有的有 机合成材料是__塑_料_____。
第5讲┃金属材料及金属的性质
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(2)炒菜时铁锅中的油着火可用锅盖盖灭，其原理是_________ _____使_油__与__氧_气__隔_绝________。 (3)铝锅轻便、耐用，其原因是______铝_的__密_度__小_____________、 ___常__温_下__，_与__氧_气__反_应__表_面__生_成__一_层__致_密__的_氧__化_铝__薄__膜_，________________ ___阻_止__铝_进__一_步__被_氧__化________。 (4)废旧铁锅、铝锅不要随意丢弃，应回收利用，这样做的意 义是________减_少__环_境__污_染__，_节__约_金__属_资__源______。
[解析] R能置换出硝酸银中的银而不能与硫酸铜反 应，说明R的活动性在Cu和Ag之间。
第5讲┃金属材料及金属的性质
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10．[2012·吉林] 以下是探究Cu、Fe、Ag三种金属活动性顺序 的实验过程，请回答问题。
(1)将铜丝和铁丝分别放入相同浓度的稀H2SO4中，依据 _只_有__铁__丝_表__面_有__气_泡__(铁__丝_表__面_有__气_泡__，_铜__丝_表__面_无__气__泡_；_____________ 或_铁__丝__表_面__有_气__泡_，__铜_丝__表_面__无_变__化_均__可_)__________________现象， 证明Fe的活动性比Cu强。 (2)将铜丝放入AgNO3溶液中，或向Cu(NO3)2溶液中放入金 属___银_(_或_A_g_)____，都能证明Cu的活动性比Ag强。 结论：三种金属的活动性顺序是Fe>Cu>Ag。 Cu与AgNO3溶液反应的化学方程式为_C__u＋__2_A_g_N_O_3_____ __=_=_=_2A_g_＋__C_u_(N__O_3)_2__________________。
金属物理性质和化学性质PPT课件
二、 判断金属跟盐溶液能否发生置换反应。
反应条件： 1.单质金属要排在盐中金属元素前面 2.K Ca Na除外。
练习7：下列反应的化学方程式中，正确的是
（
）
B
A. Cu+2AgCl=2Ag+CuCl2 C. 2Na+CuSO4=Cu+Na2SO4
B. Zn+2AgNO3=2Ag+Zn(NO3)2 D. 2Fe+3CuCl2=2FeCl3+3Cu
耐磨、耐腐蚀
白铜
铜、镍
光泽好、耐磨、耐 钱币、代替银做饰品
腐蚀、易加工
焊锡
锡、铅
熔点低
焊接金属
硬铝
铝、铜、镁、硅 强度和硬度好
火箭、飞机、轮船等制造
业
18K ①黄金 金、银、铜
光泽好、耐磨、易 金饰品、钱币、电子元件
加工
18K 白金 金、铜、镍、锌 光泽好、耐磨、易 金饰品
加第工 11页/共39页
钛和钛合金
70
启示
合金的熔点比纯金属的熔点低
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2.合金和组成它们的纯金属的性质比较
合金熔点更低
合金抗腐蚀性 更强
与组成合 金的纯金 属相比
合金硬度更大
合金机械性能更好
日常使用的金属，大多数属于合金
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表 8-2 常 见 合 金 的 主 要 成 分 、 性 能 和 用 途
合金
主要成分
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练习
1．镁条在空气中燃烧时，可观察到的现象是（ ）
A．发出蓝色火焰
B．发出耀眼白光
C．发出黄色火焰
D．剧烈燃烧，火星四
金属材料的光学性能与光学材料应用
金属材料的光学性能与光学材料应用金属材料一直以来都是光学领域中的重要组成部分，其独特的光学性能使得它在许多光学应用中起到了重要的作用。
本文将探讨金属材料的光学性能以及其在光学材料应用中的具体应用。
1. 金属材料的光学性能金属材料具有很高的反射率和吸收率，这使得它们在光学反射和吸收应用中表现出色。
金属的导电性能也使其在电磁波的传输和电磁性能调节等方面起到关键作用。
此外，金属材料还表现出色的透过率和散射性能，在光学传感和散射光学器件中能够发挥重要功能。
2. 金属材料的应用2.1 光学反射由于金属具有高反射率，因此常常用于制作反射镜。
例如，在望远镜中使用的反射镜就是由金属材料制成的。
金属材料在光的入射之后会发生反射，将光线聚焦或散射到所需的区域。
2.2 光学吸收金属材料具有很高的吸收率，因此在光学吸收应用中具有广泛的应用。
例如，太阳能电池板中常用的吸收层就是由金属材料制作而成的。
金属材料能够将光线吸收并转化为电能，实现光能到电能的转换。
2.3 光学传输金属材料的导电性能使其在光学传输领域发挥重要作用。
例如，在光纤通信中使用的光缆中包含了金属丝，这些金属丝能够实现光信号的传输。
金属材料还可以用于制作天线和导波管等器件，用于传输微波和无线电波等电磁波。
2.4 光学传感金属材料在光学传感领域有着广泛的应用。
由于金属材料具有较高的散射率，因此可以用于制作散射光学传感器。
这些传感器能够通过检测光的散射情况来感知环境中一些微小的变化，如温度、湿度和气体浓度等。
金属材料还可用于制作表面增强拉曼光谱传感器，用于检测和分析微量分子。
2.5 光学器件除了上述应用外，金属材料在光学器件中还有其他重要的应用。
例如，金属薄膜可以用于制作偏振片，调节光的偏振方向。
金属也可以用于制作光纤耦合器和光栅，用于光学设备的耦合和滤波。
结语金属材料的光学性能使得它在光学领域中具有广泛的应用前景。
无论是在光学反射、光学吸收、光学传输、光学传感还是光学器件中，金属材料都能够发挥重要作用。
金属 光 原理
金属光原理引言：金属和光是自然界中常见的物质和现象，它们之间存在着密切的关联。
金属作为一种特殊的材料，具有良好的导电性和热传导性，而光则是一种电磁波，具有波粒二象性。
本文将围绕金属和光的原理展开讨论，探究它们之间的相互作用。
一、金属的特性金属是一类具有典型金属光泽的物质，具有高的电导率和热导率。
金属的导电性是由金属原子中自由电子的存在决定的。
金属原子中的价电子形成了金属的导电电子云，当外界施加电场时，这些自由电子会在金属内部自由移动，从而形成电流。
金属的热导性则是由于金属原子之间存在着紧密的排列结构，热能可以通过原子之间的碰撞传递。
二、光的波动性和粒子性光既可以被视为一种电磁波，也可以被视为由光子粒子组成的流动粒子。
光作为电磁波具有一系列波动特性，如反射、折射、衍射和干涉等。
而作为光子粒子，光具有能量和动量，能够与物质发生相互作用，如光电效应和康普顿散射等。
三、金属对光的反射和吸收当光照射到金属表面时，根据金属的性质，光的大部分能量会被金属反射，形成镜面反射现象。
这是因为金属的导电电子云对光的电场起到了屏蔽作用，使得光无法进入金属内部。
而对于一小部分光能量，则会被金属吸收，导致金属发生局部加热。
四、金属的光电效应金属对光的吸收不仅会引起局部加热，还会导致光电效应的发生。
光电效应是指当光照射到金属表面时，光子的能量足够大时，会将金属中的电子激发到导带，使其跃迁到导体表面形成电流。
这一现象在光电池和光电二极管等光电器件中得到了广泛应用。
五、金属的光学性质除了反射和吸收外，金属还具有一些特殊的光学性质。
例如，金属纳米颗粒表现出的表面等离子共振现象，使得金属颗粒对特定波长的光呈现强烈的吸收和散射，这一现象在纳米材料和光学传感器中具有重要应用。
此外，金属的折射率和透射率也与光的波长相关，可以通过调节金属薄膜的厚度和组分来实现光的调控。
六、金属光学器件的应用基于金属和光之间的相互作用，人们开发出了许多金属光学器件，如反射镜、透镜、偏振器等。