高聚物的重要而實用的光學性能有吸收、透明度、折射、雙折射、反射、內反射、散射等。它們是高聚物與入射光的電磁場相互作用的結果。
基本介紹
- 中文名：高聚物光學性能
- 功能：吸收、透明度、折射、雙折射
- 特點：簡便和價廉等
- 方法：高聚物與入射光的電磁場相互作用
意義,透明度,折射和雙折射,反射和內反射,散射,
意義
研究高聚物的光學性能的意義有：①高聚物光學材料具有透明、不易破碎、加工成型簡便和價廉等優點,可製作鏡片、導光管和導光纖維等；②利用光學性能的測定研究高聚物的結構，如聚合物種類、分子取向、結晶等；③用有雙折射現象的高聚物作光彈性材料，進行應力分析；④利用界面散射現象製備彩色高聚物薄膜等。
透明度
當光線垂直地射向非晶態高聚物時，除了一小部分在高聚物－空氣的界面反射外，大部分進入高聚物，當其內部有疵痕、裂紋、雜質或少量結晶時，這些不均勻物會使光線產生不同程度的反射或散射，產生光霧，從而減少光的透過量，使透明度降低。透明度是指前向透過的光強與入射光強之比，通常用分光光度計或積分球式光度計來測量。
折射和雙折射
當光從一種介質進入另一種介質時，由於兩種介質中的傳播速度不同，就產生折射現象。
按照洛倫茨－洛倫茲關係式,一種材料的折射率n與物質的單位體積的分子極化度有關。分子極化度又是各單個基團極化度a的總和,a和n都隨分子中電子的數目及其活動性的增加而增加。高聚物分子的極化度等於其所含各鍵極化度之和。在高聚物中，碳原子的極化度比氫原子的大得多，因此大多數碳－碳鏈組成的高聚物的折射率都在1.5左右,只有含有易誘導極化的基團的高聚物（如含咔唑基的聚乙烯咔唑）才具有很高的折射率，約為1.7;而含有不易誘導極化的基團的高聚物則具有較低的折射率，如含氟的氟橡膠的折射率約為1.3。
非晶高聚物的分子鏈是無規線團，其所含各鍵的排列在各方向上的數量都一樣，所以折射是各向同性的。非晶高聚物經取向製成的取向高聚物的分子內鍵的排列在各個方向上的數量不同，光線經過這種物質時會變成傳播方向和振動相位不同的兩束折射光，稱為雙折射現象。
在結構設計中，光彈性儀是對結構材料進行應力分析的有力工具，它是利用雙折射現象和光的干涉原理製成的。這種應力分析方法一般採用環氧樹脂的透明澆鑄塊做結構件的力學模型（各向同性的）。當在模型上加以預定的負荷後，環氧樹脂的分子鏈在應力作用下發生取向，變成各向異性物質而產生雙折射現象，在光彈性儀上用偏振光照射並照相記錄，得到可供應力分析使用的光彈性照片。
反射和內反射
射在透明物體上的光除被折射外，尚有一部分被反射。反射率與入射角有關,一般,入射角小時反射率不高，當入射角相當大時，反射率就會很快增加,當時（式中αi為光從高聚物射入空氣的入射角;n為高聚物相對於空氣的折射率）就會發生內反射，即光線不能射入空氣中而全部被折回高聚物內。大多數高聚物的折射率約為1.5,故αi=42°。利用光在高聚物中能發生全內反射的原理所製成的一種導管稱為導光管，在醫療上可用它來觀察內臟。用聚甲基丙烯酸甲酯為內芯，外層包以一層含氟高聚物可以製成一種傳輸普通光線的導光管。如果用高純的鈉玻璃製成內芯，外層包以氟橡膠，可以製成能通過紫外線的導光管。
高聚物光學性能散射
當入射光通過物體，特別是通過非均質物體（如懸浮在透明流體中的微粒、懸浮在溶液中的高分子、高聚物中含有的雜質或缺陷）時，就會向各個方向發射，稱為光的散射。利用光散射測定儀可以測定高聚物的分子量（見高分子溶液的光散射）。
當物體中存在巨觀上的多相，而且各折射率有差異或物體結構中各向異性體積單元的取向不同時，都會使物體的透明度有不同程度的降低，直到完全不透明。
在多相高聚物中，如要使兩種不同成分的聚合物成為透明度高的物質，這兩種成分的折射率要相同或差異很小。縮小結構體積的尺寸，對增加高聚物的透明度更為重要。例如聚乙烯是結晶體，其超分子結構的尺寸大於入射光的波長，光大部分被散射掉，而聚乙烯薄膜是在一定條件下經拉伸和取向製成的，其超分子結構尺寸小，光的散射就小，是一種較透明的薄膜。
