光学性能（精选十篇）
光学性能 篇1
光催化降解和光催化抗菌是利用材料在光的照射下产生电子 (或空穴) 的迁移, 使污水中的有机物或细菌的细胞核被氧化 (或还原) 分解, 生从而起到净化污水和杀菌的作用。研究表明, 用作金属杀菌剂的金属只有Ag、Cu和Zn, Ag的杀菌能力最强, 其杀菌能力是锌的上千倍, 因而银粒子作为一种重要的工业原料, 不仅在电子、冶金、宇航、化工等领域有广泛的应用价值[1,2], 而且在光催化降解和光催化抗菌方面具有重要的生物用途, 而纳米银的光谱特性及催化性能很大程度上依赖于粒子的尺寸和形貌, 不同特征的纳米银离子具有不同的光谱特征。
液相化学还原法制备银粉简便、快捷, 具有能控制化学组成, 易添加微量有效成分, 达到能精确控制颗粒尺寸和形貌的优点[3], 是目前制备银粉广泛采用的方法。本论文采用液相还原法, 采用不同还原剂制备不同尺寸的纳米银溶胶, 测定了其紫外-可见光谱, 并讨论了其光学机制。
2 实验方法
2.1 采用不同有机还原剂制备银溶胶
银离子的氧化性较强, 从氧化还原反应角度理解, 在有机物中不仅仅是只含有醛基的物质能将Ag+还原, 多羟基醇和胺类物质一般具有较强的还原性, 本文设计了以葡萄糖溶液、甲醛、三乙醇胺为还原剂, 与银氨溶液反应制备银溶胶, 其反应原理为:
Ag (NH3) 2OH+还原剂→Ag↓+…….
2.2 银溶胶的光学性能
取制备的银粒子, 溶于无水乙醇中, 超声振动, 制备纳米银溶胶, 测定其吸光性。
2.3 实验用品及样品测试
试剂:无水乙醇, 含量99.7%;葡萄糖, 含量99.0%;三乙醇胺, 含量99.0%;甲醛, 含量99.0%;去离子水。
仪器:量筒、水浴锅、烧杯、离心试管、电子天平、离心机、磁力搅拌器、超声清洗器。
测试:采用Rigaku D/max 2500V PCX型X射线衍射仪 (XRD) 对所得样品物相结构进行表征;采用优尼科4802s型紫外-可见光谱 (UV-Vis) 对所得样品光学性质进行测定。
2.4 超细银粉的制备
配置浓度为0.05mol/L的硝酸银溶液100m L, 通过磁力搅拌将还原剂加入硝酸银溶液中, 利用恒温水浴加热, 在100℃微沸水中进行反应, 控制反应时间, 得到的样品经过酒精和丙酮反复超声洗涤后, 在常温下自然晾干。
3 实验结果与讨论
3.1 不同还原剂对相结构的影响
取3份100m L0.05mol/L银氨溶液分别加入20m L葡萄糖溶液、24ml甲醛和20m L三乙醇胺于圆底烧瓶中, 按照上述实验方法充分反应, 离心分离, 用乙醇和丙酮反复超声洗涤产物, 样品自然晾干。图1为制备银粉的XRD图谱。从图中可以看出, 晶面指数为 (111) 的峰强度最大, 与标准卡片相一致, 说明3种还原剂都生成了银粉。以葡萄糖为还原剂得到的样品在2θ=30°处有少量杂峰, 这可能是由于银的氧化生成了氧化银。样品的晶粒尺寸通过Scherrer公式D=kλ/βcosθ计算, 粒子的平均粒径约为105~200nm之间, 三乙醇胺得到的样品粒径最小。
3.2 不同还原剂对银粒子微观形貌的影响
图2a、图2b分别为以三乙醇胺、甲醛为还原剂, 制备样品的SEM照片。采用二者还原剂得到的纳米银粉的形貌都呈球形或近球形, 但银粉的粒径大小不同, 且甲醛做还原剂制备的银粒子有轻微的团聚现象, 相比较三乙醇胺得到的样品粒径小, 这与XRD得出的结论相一致, 说明采用不同的还原剂反应的速率是不相同的, 这可能与溶液的p H值有关, 三乙醇胺呈碱性, 在反应过程中既做还原剂, 又能调节p H值, 不同的酸碱性导致晶体生长过程成核速度和在某一晶面的生长速度不同, 结果得到不同形貌的晶体[5]。
3.3 不同形貌银溶胶的吸光性能
图3为不同还原剂制备的样品紫外-可见吸收谱, 图4为纳米银溶胶的实物照片。实验结果表明, 不同还原剂制备的银溶胶在400nm波长附近均出现了最大的吸收峰, 该峰是银纳米粒子的特征吸收峰[3,4], 说明几种还原剂均制备了银溶胶, 但其峰型不同, 使用葡萄糖溶液制备的银溶胶峰型窄, 其它的还原剂制备的银溶胶峰型相对平坦, 对应于不同尺寸的银溶胶对光的吸收强度不同。从胶体颜色的变化也可以看出这一点, 葡萄糖制备的银溶胶颜色最浅, 甲醛制备的银溶胶颜色为浅黄色, 三乙醇胺制备的银溶胶相对最深。
3.4 不同形貌银溶胶吸光性能的光学机制
当光照射到金属纳米颗粒表面上时, 在纳米粒子内部会产生等离子共振效应, 由于电场辐射诱导纳米晶粒产生偶极子, 偶极子会相应地产生回复这种变形的力, 因而在纳米粒子内部就会产生一种与电子振动相匹配的共振频率, 振动频率主要与纳米粒子的尺寸有关, 当银粒子尺寸较小时, 吸收带较宽, 峰的强度也较低;当银粒子尺寸变大时, 随着共振吸收强度的增大和吸收带宽的减小, 吸收光谱逐渐变窄[5], 图5为金属纳米粒子的表面等离子共振示意图。
4 结论
采用液相还原法, 使用葡萄糖、甲醛、三乙醇胺分别制备了不同尺寸的纳米银粉, 三种还原剂中三乙醇胺得到的样品粒径最小。紫外-可见光谱显示, 不同尺寸的银粒子由于其表面等离子体共振效应产生的光学性质不同, 导致对光的吸收度不同。
摘要：采用不同的还原剂制备了纳米银溶胶, 采用X-射线衍射仪 (XRD) 测试了样品的相结构, 采用SEM观察了样品的形貌特征, 利用紫外-可见光谱 (UV-Vis) 表征了其光学性能, 并对其光学机制进行了研究。实验结构表明, 不同的还原剂可以实现银离子粒径大小的控制, 尺寸不同的银粒子由于其表面等离子体共振效应产生的光学性质不同, 导致对光的吸收度不同。
关键词：银溶胶,还原剂,光学性能
参考文献
[1]赵德强, 马立斌, 杨君, 等.银粉及电子浆料产品的现状及趋势[J], 电子元件与材料, 2005, 24 (6) :54-56.
[2]敖毅伟, 云霞, 袁双龙, 等.化学还原法中制备条件对超细银粉形貌的影响[J].粉末冶金技术, 2007, 25 (5) :355-359.
[3]闫仕农, 王永昌, 朱建, 等.金-银复合纳米离子的光学吸收特性[J].中国有色金属学报, 2006, 16 (2) :0248-0253.
[4]李明利, 余琼, 周宇松, 等.粒径可控高振实密度球银的制备工艺研究[J].稀有金属材料与工程, 2011, 40 (8) :1492-1496.
光学性能 篇2
灯泡的度数要合适。
如果度数太低，照到书上的光线较暗，我们不容易看清字迹，这样会引起视疲劳，时间长了还会导致近视，到时治疗近视就成了每天的必做事。而如果灯泡度数太高，过强的光线会通过白色的纸面反射到我们的眼晴里，产生眩光，使瞳孔持续地缩小，进而引起眼痛和头痛。一般来说，25瓦―45瓦的白炽灯亮度最合适。
用白灯泡。
科学研究证实，在白光下我们的视力最好，所以，选择能发出柔和均匀白光的白炽灯或磨砂灯，而不要选彩色灯泡。
台灯的高度也很重要。
通常，眼睛距离书本30厘米时，既能看清字迹，也不会过度疲劳，以此推算，台灯的高度距离书面40―50厘米比较合适，这样既保证充足的阅读照明，周围的环境也有一定的亮度。如果台灯太低，则会使光线照到过小的范围内，而周围则一片漆黑。失去了可供远望的参照物，会使眼部各调节系统都处于只看近处的紧张压缩状态，容易使眼睛疲劳，并迅速积累，造成“光源性近视”。而如果台灯过高，光线会直接照到我们的眼睛，产生眩光;同时，近距离强光还会在视网膜上造成光滞留现象，会使眼肌紧缩，加快视力下降，所以平时对治疗近视知识也要有所掌握。
灯泡的大小要与灯罩匹配。
光学性能 篇3
在德国纽伦堡国际电气自动化系统及组件展览会上，堡盟推出了一款高性能光学传感器产品，包含3种传感器类型：带背景抑制功能的漫反射式传感器、无需反射板的SmartReflect智能反射式光电传感器和适用于反射表面的镜反射式传感器。
在O500产品系列的研发过程中，堡盟力求在不牺牲性能、可靠性和便利性的前提下优化整体成本。
其中之一是采用了OneBox设计：对于该系列的所有传感器，虽然使用不同的原理和技术，但都采用相同的紧凑尺寸、通孔设计和控制元件。对于“qTarget”的设计也一样，其光束直接对准固定孔，从而将距离设定的工作量降至最低。因为这两种设计传感器功能和光源可在需要时随时设定，所以都为设备与制造公司提供了灵活性。除此之外，就相同尺寸的传感器而言，O500系列其感应距离和范围极大，因而它们在传感器的选择和安装方面拥有更大的自由度。
此外，堡盟还推出了一种简单易用、无磨损的新型自学习技术—gTeach。O500传感器只需要使用任意铁磁性工具，如螺丝刀接触它们，就可以进行自学习设定。蓝光LED会指示你如何进行简单的自学习操作。
集堡盟传感器的精度与可靠性于一身的O500系列树立了新的应用标准，例如用于包装、搬运和自动化行业中的物体识别和定位。
凭借U500传感器，堡盟扩展了新一代NextGen传感器系列产品，将超声波技术涵盖其中。新型传感器的设计和尺寸与同类的O500电子传感器相同。OneBox设计可以采用所有可用的传感器技术，在规划阶段为用户提供最大的灵活性。
不仅如此，如果系统要求将来发生更改，那么传感器无需采取其他任何转换措施即可快速、轻松地更换。除了U500和O500之外，堡盟的新型高性能传感器还包含体积较小的O300，适合空间狭窄的应用场合。
光电传感器具有精确的光斑，特别适合物体很小的高速应用，超声波传感器的巨大优势是能够探测几乎任何物体。即使在多尘的苛刻条件下，这些传感器仍然不受颜色、特性或透明度的影响。
U500的通用性极佳，因而在超声波传感器系列中占据一个特殊的位置。该款传感器的测量范围高达1000mm，在同类产品中最长，适合许多应用场合。另外，快速响应还提高了应用灵活性。其另一个优势是对称声束的角度较小，在500mm的物体距离处，声束直径仅80mm。因此，U500能够应用在空间非常狭窄的场所内。
此外，凭借较高的过度增益，传感器还具有卓越的可靠性，从而确保了可靠的运行。U500具有坚固的外壳（IP67）并配备新型换能器，应用弹性极佳。传感器不受灰尘、水滴，甚至清洁剂的影响。另外，U500还可以采用3种传感器原理，进一步提高了通用性：作为接近开关、测距和反射板式传感器。
堡盟的下一代传感器O300和O500采用成功的SmartReflect技术，可以探测所有类型的饮料包装。这样的组合可通过降低运行成本和确保最高的过程处理稳定性而大大实现增值。
堡盟SmartReflect是第一只无需反射镜的光路阻挡式光电传感器。光束可由机器的任一部件实现封闭。当光束被物体物理中断时，传感器触发。没有反射镜则意味着减少了反射镜安装、调试、调整和清洗等工作以及相关成本。因此，传感器特别适用于灌装和包装等工艺。
凭借其实用性和良好性价比，SmartReflect光电传感器被应用于新型O300和O500传感器的设计。而qTarget则是其另一个关键特征。光电传感器的结构设计确保同系列产品的光束校准情况总是保持一致，从而简化并加快了安装。通过自学习简化操作，传统的机械式压力开关的可动件会随着时间的推移发生磨损并导致密封问题，而新型堡盟传感器系列通过qTeach解决这个问题。只需用螺丝刀等铁磁性工具轻触自学习表面，传感器即可进行编程。
COB封装LED的光学性能研究 篇4
有一部分人对COB不同封装工艺和材料做研究[1],但并没有对电流和点亮时间做深入研究。文中对3并10串的COB封装进行了研究,测试在不同电流下,以及点亮不同时间下的数据,通过数据分析影响光学性能的因素。
1实验
1.1产品制备
将LED通过扩晶、点银浆、固晶、烘干、绑定后的试样如图1所示。再通过色温的要求来上注适量的荧光粉。检测通过软件ZWL3907来测试其色温, 完成后再烘烤固化,如图2所示。
1.2测试方法
采用中为补粉机(0.5 m大积分球)如图3所示。对不同电流以及点亮不同时间的样品进行光色测试。不同电流通过对软件测试设置调制, 分别为500 m A、600 m A、700 m A、800 m A、900 m A进行测试,点亮不同时间通过用恒流源分别点亮1 min、5 min、10 min,在点亮的时候需要用散热器 (如图4)进行散热,否则会烧毁。
2分析与讨论
将两个色温在3000 K左右的样品放入大积分球 ,同时将电 流分别设 置为500 m A、600 m A、 700 m A、800 m A、900 m A,测试得到的色温、光通量和光效,结果如表1所示。
图7是色温随着电流变化的规律。当电流由500 m A上升到900 m A,两个样品的色温分别从2 967上升到3 017、从2 970上升到3 048,升高了1.685%、2.626%,上升趋势较缓慢,但电流的改变对色温还是有直接的影响。图5是光通量随着电流变化规律。分别由1 777.232升高到2 995.216、 1 599.196升高到2 952.519,升高68.532%、84.625%,可发现,上升趋势急剧,说明电流的改变对光通量有着显著的变化。图6是光效随着电流变化的规律。 不难发现,光效却在急剧下降,分别由原来114.37下降到98.89,由107.51下降到96.79,降低了13.535%、9.971%。由于其电流增大,产品发热量增加,产生的热量无法有效导出,导致光效降低[6]。但电流在限定电流参数的条件下增加,光通量会显著升高。由两组数据结果更能证明,电流的大小直接影响LED光学性能。
将恒流源设置到V=35 V,I=600 m A,并点亮样品,分别点亮1 min、5 min、10 min后放入大积分球测量,测试得到的色温、光通量和光效,结果如表2。
电流在600 m A、电压在35 V保持不变,点亮时间分别从0~1 min;0~5 min;0~10 min,从图10可以观察出色温随电流的变化规律,其两个样品的色温分别上 升0.537% 、1.209% 、2.384% ;0.369% 、 1.104%、2.943%,趋势较缓慢,其点亮时间越长,色温变化越大。图8是光通量随电流的变化规律。光通量分别降低1.474%、4.855%、7.493%;2.073%、 3.859%、7.793%,随着点亮时间越长其下降量越大。图9是光效随电流的变化规律。从图中不难发现 ,光效也在 下降 ,其光效分 别降低2.527% 、 4.617%、6.671%;2.171%、4.903%、7.579%,随着点亮的时间越长,其光效下降量逐渐增大。由于使用时间越长,电流保持不变,LED芯片产生大量热量, 热量在芯片内部聚集,导致了芯片出光效率的下降。当热阻较大时,由于PN结温度上升,在正向电流在某值时,光通量将趋于饱和,随后逐渐下降[7]。 结果表明,点亮的时间直接影响LED光学性能。
3结论
采用COB封装的LED,通过对其光通量,色温, 光效以及光谱能量分布图分析,控制电流逐渐升高会导致色温逐渐升高,光通量也随着电流的变大而升高,但相反光效却在逐渐降低。而控制电流不变,通过点亮时间延长会导致色温逐渐增加,同时,光通量逐渐降低,光效也相对降低。若要大量生产COB封装的LED产品,必须解决其散热问题,由于在基板上固定了许多晶体,而且距离特别相近,如果电流超过限定参数或者使用时间过长会导致LED芯片产生大量热量,并且热量在芯片内部聚集,热阻较大,由于PN结温度上升,光通量会逐渐降低,光效也会相对降低。所以改变材料、改变芯片位置、改变总体结构来增加散热能力会使LED有更长的寿命,更出色的光效。
摘要：针对LED高光效、低功耗的要求,在分析LED光学性能的基础上,采用了COB(chip on board)即板上芯片封装技术。研究了不同电流下和点亮不同时间后,分析其LED光通量、光效和色温。研究分析影响LED光学性能的因素并进行测试。结果表明,用两种色温接近3 000 K的样品,电流由500 m A增大到900 m A,色温升高了1.685%、2.626%,光通量也随着电流的变大而升高68.532%、84.625%,但相反光效却降低了13.535%、9.971%;而在电流保持不变的情况下,点亮的时间由0~1 min、0~5 min、0~10 min,其色温分别上升了0.537%、1.209%、2.384%;0.369%、1.104%、2.943%,同时,光通量分别降低1.474%、4.855%、7.493%;2.073%、3.859%、7.793%,光效也分别降低2.527%、4.617%、6.671%;2.171%、4.903%、7.579%。实验发现,电流与点亮时间直接影响LED光学性能。
光学性能 篇5
用溶胶-凝胶法成功地制备了铁电半导体碘硫化锑(SbSI)微晶掺杂有机改性的TiO2薄膜及块状凝胶.铁电SbSI晶体在C轴具有非常大的介电常数,非常高的.电-光系数,较大的光电导系数,同时又是一种本征半导体材料.将SbSI掺杂到非晶态的基质中,通过热处理及气氛保护的方法控制微晶的生长.通过X射线衍射光谱与高分辨透射电子显微镜观察到微晶的存在以及晶体尺寸和分布情况.使用简并的四波混频的方法测得了薄膜样品的三阶非线性极化率,并在块状样品中发现了复合材料中存在的电控双折射效应,测得样品的有效电光系数为2.42×103nm/V.
作 者：叶辉 Xu Yuhuan Mackenzie J D 作者单位：叶辉(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州310027)
Xu Yuhuan,Mackenzie J D(Department of Materials Science and Engineering, University of California,Los Angeles, CA 90095, USA)
虚拟光学加密系统的仿真与性能分析 篇6
基于光学原理与技术的信息安全作为一种非数学的密码理论与技术近几年来显示出了极大的潜力, 特别是基于虚拟光学系统的加密系统的实现, 使其已成为当前研究的热点之一[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。光学信息处理技术具有高速度、光波长短、信息容量大的特点;同时又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性, 是多维的信息载体, 从而也为光学加密系统的密钥空间提供了更为宽广的选择, 使其具有更高的安全性。近来物联网技术的发展, 进一步推动了基于RFID和光学标签的应用, 如无源二维码, 可以将信息编码到二维码中, 再对其进行加密。一个二维码可容纳多达1 850个大写字母或2 710个数字或1 108个字节, 或500多个汉字, 条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码, 即使在二维条码因穿孔、污损等损毁面积达50%情况下, 照样可以恢复信息, 获取正确的信息。二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读, 在商品标签, 票据等方面已经得到了广泛的应用。
基于光学成像系统的虚拟光学加密机制是利用光学成像原理, 采用计算机程序化方法实现光学加密过程, 以光学过程中的传播规律和结构的几何参数作为密钥, 实现高密级的数据加密和信息隐藏。虚拟光学加密系方法的优点一是由于数字方法的灵活性, 可以自由地选取空间位置、波长和随机相位板分布等系统参量, 从而大幅度地提高了隐藏系统的不可感知性和安全性;二是避开了光学器件的使用, 减少了系统复杂性, 具有紧致、低成本等优点;三是数字方法可以方便地扩展到多种形式, 如音频、视频信息等的隐藏领域中去。
从密码学观点来看, 目前国内外对光学加密方法的研究还局限于对称密钥系统, 即在加密解密过程中采用同样的光学参数进行运算。这种密码系统由于密钥的分发、更新、删除、传输等管理问题需要进一步研究解决, 使其实际应用受到了影响, 文献[10-12]对光学加密系统及其应用进行研究。与此同时, 对加密系统的安全性研究还没有完整的理论结果, 需要进一步研究。在典型的光学加密系统中, 作为密钥的参数主要有衍射距离、光波波长、随机模板、透镜焦距等, 这些参数对系统加密的安全性有着不同程度的影响, 明确这些参数对安全的影响性, 以及影响关系是本文的研究出发点, 这些关系的明确可以使我们能更好地理解基于光学成像原理的加密系统原理, 设计更为安全的加密方法, 并为从理论上证明系统的安全性提供理论基础和依据。
本文将首先介绍基于光学成像原理的加密机制、基本概念和计算方法, 然后设计了计算机仿真实现的相关算法, 包括信息平面和随机平面的离散菲涅耳变换、信息平面的加密和解密算法等, 最后通过对二维码光学标签仿真实验, 验证了方法的正确性和有效性, 分析了衍射距离、光波波长、随机模板、透镜焦距等加密密钥对安全性的影响, 探索密钥参数与安全性之间的关系, 并讨论了可进一步研究的工作。
1 基于光学成像的加密系统与实现
1995年, Refregier等提出了基于4f系统的双随机相位编码方法[1], 这种方法具有较好的安全性和鲁棒性。从此光学加密技术进入较为活跃的研究期, 人们先后提出了基于菲涅耳变换、基于分数傅里叶变换、基于联合变换相关器的双随机相位编码系统以及基于数字相移全息的随机相位编码系统等大量新的或改进的加密系统[12], 下面我们给出基于光学成像原理的加密系统研究虚拟加密系统的实现算法。
1.1 虚拟光学加密系统
设物平面、透镜前表面、后表面以及像平面的复振幅分布分别表示为U0 (x0, y0) , UL1 (ζ, η) , UL2 (ζ, η) 和Ui (xi, yi) , 其中物平面对应于加密系统中的要加密的明文, 像平面对应于加密系统的密文。设数据发送方生成的光学加密参数为Θ, 如对典型的基于4f系统的双随机相位编码方法, 参数Θ包含两个相位函数N (x, y) 和B (α, β) , 以及一个透镜的焦距f;对基于菲涅耳变换的双随机相位编码, 参数Θ包含两个相位随机函数R1 (x, y) 和R2 (x, y) , 以及两个菲涅耳衍射d1和d2等。光学加密系统可以根据这些加密参数设计具体的数据加密, 特别是图像的加密, 因为在这种情况下, 光学加密系统可以并行运行加密、解密过程, 密钥空间是多维的, 在性能上比传统的加密系统更为优越。图1显示了一个二维基于虚拟成像的多维数据加密系统 (VOE, Virtual Optical Encryption) 的理论模型结构示意图[2]。
该系统是一个加入了随机模板 (用于模拟随机光场) 的单透镜光学成像系统。图中, d0是物平面 (信息平面) 到成像透镜前表面的距离, di是透镜后表面到像平面的距离。假定信息平面和随机模板由相同选定波长的相干光照明, 且此成像系统中所涉及的衍射都满足菲涅耳近似条件。根据傅里叶光学, 虚拟光波从物平面到透镜前表面的传播过程和虚拟光波从透镜后表面到像平面的传播过程都可以利用菲涅耳衍射变换来描述。
在虚拟光学加密系统的计算机仿真实现过程中, 要首先对所有连续变量函数进行离散。设在x0和y0方向的采样数为N, 间隔分别为Δx0和Δy0, 在ζ和η方向的采样数也为N, 间隔分别为Δζ和Δη。则离散的N个取样点为
根据Shannon采样定理, 可以得到:
因此, 可以得到菲涅耳变换的离散表达形式, 称为离散菲涅耳变换, 简记为DFD (Discrete Fresnel Diffraction) , 其中信息平面U0 (k, l) 的DFD如式 (5) 所示, 即
其中:λ为光波波长, k, l, m, n=0, 1, …, N-1。另外, 透镜的复振幅透过率函数也要进行采样, 得到其离散形式, 即有:
其中:f为透镜焦距, K为波数, 且有K=2π/λ。
在加密过程中, 可以用DFD计算信息平面 (用U0表示) 和随机模板 (用UM表示) 到透镜前表面的衍射, 衍射距离分别为d0和d, 其中d=d1+d2。它们在透镜前表面的菲涅耳衍射图案将发生干涉, 得到干涉图, 干涉图又经透镜的复振幅透过率函数的转换到达透镜的后表面。将成像透镜后表面的复振幅分布 (用UL2表示) 作为密文, 加密过程可以简单的用式 (7) 描述:
解密过程为上述加密过程的逆运算过程, 即:
式中:
从解密过程可以看出, 要想完全解密出原信息, 除了随机模板外, 还需要知道四个参数, 即衍射距离d0和d、透镜焦距f, 以及光波波长λ。这些密钥参数对加密后的密文的影响, 特别是对恶意攻击的影响将在后面讨论。结合上面给出的计算公式, 图2为系统实现的框图, 具体的算法将在下节讨论。
1.2 虚拟光学加密系统的实现算法
针对上述的光学加密系统, 可以采取计算机仿真的手段进行图像的加密, 通过计算机程序实现基于光线成像原理的虚拟光学加密系统, 下面给出实现过程中的具体算法。
算法1:信息平面的DFD算法
输入:信息平面U0 (k, l) , 光波波长λ, 衍射距离d0, 整数N;
输出:信息平面的离散菲涅耳变换UL1 (m, n) ;
1) 信息平面的离散:根据整数N, 利用式 (1) (4) 对U0 (k, l) 进行离散化;
2) 菲涅耳变换:利用式 (5) 对离散的信息平面进行菲涅耳变换, 得到UL1 (m, n) ;
3) 输出信息平面的离散菲涅耳变换UL1 (m, n) ;
算法2:随机模板的DFD算法
输入:随机模板UM (k, l) , 光波波长λ, 衍射距离d0, 整数N;
输出:随机模板的离散菲涅耳变换ULM (m, n) ;
1) 随机模板离散:根据整数N, 利用式 (1) (4) 对UM (k, l) 进行离散化;
2) 菲涅耳变换:利用式 (5) 对离散的随机模板进行菲涅耳变换, 得到ULM (m, n) ;
3) 输出随机模板的离散菲涅耳变换ULM (m, n) 。
算法1和算法2主要是计算信息平面和随机模板的离散菲涅耳变换, 在这个过程中都要对它们进行离散取样处理。很显然作为密钥空间的一个维度, 随机模板的选取和离散方法直接影响到信息加密的安全性, 所以, 如何选择有效的随机模板是基于光学成像系统加密方法的关键问题之一。下面的算法3和算法4给出对信息平面加密和解密的过程。
算法3:基于虚拟光学系统的加密算法
输入:信息平面U0 (k, l) , 随机模板UM (k, l) , 光波波长λ, 衍射距离d0和d, 透镜焦距f, 整数N;
输出:信息平面的加密密文UL2 (m, n) ;
1) 计算信息平面的DFD:根据输入的信息平面 (明文) U0 (k, l) , 执行算法1, 得到其离散菲涅耳变换UL1 (m, n) ;
2) 计算随机模板的DFD:根据输入的随机模板UM (k, l) , 执行算法2, 得到其离散菲涅耳变换ULM (m, n) ;
3) 根据式 (6) , 计算复振幅透过率函数的离散值t (m, n;f) ;
4) 根据式 (7) , 计算密文UL2 (m, n) ;
5) 输出信息平面的加密密文UL2 (m, n) ;
算法4:基于虚拟光学系统的解密算法
输入:加密密文UL2 (m, n) , 随机模板UM (k, l) , 波长λ, 衍射距离d0和d, 透镜焦距f, 整数N;
输出:信息平面U0 (m, n) ;
1) 计算随机模板的DFD:根据输入的随机模板UM (k, l) , 执行算法2, 得到其离散菲涅耳变换ULM (mn) ;
2) 根据式 (6) , 计算复振幅透过率函数的离散值t (m, n;f) ;
3) 根据式 (9) , 计算中间变量U* (m, n) ;
4) 根据式 (8) , 计算中间变量U* (m, n) 的逆离散菲涅耳变换IDFD[U* (m, n) ;λ, d0], 得到信息平面U0 (k, l) ;
5) 输出信息平面的解密明文U0 (k, l) 。
2 仿真实验及结果分析
为了分析基于虚拟光学加密系统的性能, 基于上节描述的算法, 利用Matlab软件和开发的系统对二维码标识图进行了仿真实验。
图3是基于虚拟成像的密码系统对于二维码的加密和解密的仿真实验结果, 所用的图像信息为132×132的二维码。图3 (a) 是原始二维码, 该二维码经系统加密后的结果如图3 (b) 所示。图3 (c) 给出了随机模板的选取, 它是利用Matlab中rand () 函数生成的 (132×132) 二维伪随机阵列。图3 (d) 显示了在解密过程中, 如果没有加密时所用的随机模板密钥, 解密得到的图像还是可以看到原始图像的大概轮廓, 尤其对于二维码而言, 这样就会得出隐藏其中的信息。只有当所有的密钥参数全部正确, 又知道随机模板密钥, 才可以得到清晰的解密结果 (如图3 (e) 所示) 。
通过仿真可以看出, 在多维的密钥参数中, 除随机模板, 其它参数信息 (包括信息平面和随机模板到透镜前表面的衍射距离d0和d, 透镜焦距f, 光波波长λ) 对加密信息的安全性都有直接的影响, 通过这些参数对安全的影响分析, 可以寻求有效的参数选择方法。图4显示了衍射距离d0对信息加密的影响, 当d0与其实际值只有0.000 001 cm偏差时, 解密的结果已接近于明文。
图5显示了随机模板对信息加密安全性的影响。图5 (a) 图5 (d) 中使用的随机模板是满足0到1范围内平均分布的伪随机序列, 而图5 (e) 图5 (h) 使用的随机模板是只有0和1组成的二维伪随机阵列。
图6给出了随机模板到透镜前表面的衍射距离d在偏差不同精度时得到的解密结果, 图中可以看出, 当d存在0.01 cm偏差, 解密的二维码已具有原图的轮廊, 而偏差为0.001 cm时, 解密结果更差, 说明密钥d同解密结果不是一个线性关系, 非线性关系的存在对进一步研究虚拟光学加密系统的安全有重要意义。
图7显示了透镜焦距f对原图像的解密影响, 仿真结果表明, 在f值偏差较大的情况下, 同样可以得到大致清晰的解密图像, 因此, 透镜焦距f的值对解密过程影响不大, 在参数的设计过程中要充分利用其他参数的作用。
图8为光波波长λ对加密信息还原的影响, 仿真结果表明, 即使在偏差0.000 01 cm的情况下, 解密后的结果与原图相差较大, 因此, 光波波长λ的机密性对加密系统的安全性具有较重要的影响, 也是参数设计中需要进一步研究的关键之一。
3 结论
基于光学理论与方法的密码技术近年来引起了人们的高度重视, 与传统基于数学的计算机密码学相比, 光学密码技术具有多维、大信息量、多自由度、固有的并行数据处理能力等特点, 特别是在光学二维码等方面的应用, 为光学加密技术提出了新的挑战, 如光学加密参数的选择、传输、更新等问题, 以及基于虚拟光学加密系统的实现等。
本文针对基于光学成像系统的加密机制, 给出了虚拟加密系统的具体算法, 通过实现仿真系统对二维码的加密过程进行了分析, 仿真结果表明, 光学参数对系统的安全性影响程度不同, 透镜焦距f对信息的加密解密结果影响最小, 其对加密系统的安全性影响不大。光波波长λ对系统的安全性影响最大, 在偏差0.000 01 cm的情况下, 解密后的结果与原图相差仍较大, 也表明该参数对机密性的要求最高, 其他参数对安全性的影响程度处于上述两个参数中间。另一方面, 仿真显示参数对加密的影响具有非线性关系, 而这样关系的进一步确定对参数的设计、系统安全的证明将是很有意义的工作。由于目前的光学加密系统多以对称加密形式实现, 因此, 用来进行加密的光学参数就必须以一个极其安全的传输渠道发送给对方, 以保证加密信息的安全, 一个安全可靠有效的密钥管理系统将是系统能实际应用的关键之一。另外寻求该方法在实际中的应用, 特别是在物联网中的应用也是需要进一步讨论的问题。
参考文献
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掺杂对氧化钛薄膜光学性能的影响 篇7
1 实验
实验采用成都南光集团生产的ZZS700-1/G型镀膜机。基片与蒸发源中心的距离为45cm, 探头与蒸发源中心的距离为48cm,基片与探头之间的水平距离为15cm,基片温度200℃。膜料采用TiO2颗粒,掺杂采用CeO2颗粒,反应气体是高纯氧,基片为K9玻璃,折射率1.52,在360～1400nm波段平均透射率为92%。将TiO2颗粒与CeO2颗粒按一定质量比均匀地混合,放入钳锅进行蒸发镀膜。用BS110S电子天平秤量膜料。用TP-117型椭圆偏振仪测量薄膜折射率。用日立U-3501分光光度计检测TiO2薄膜紫外-可见光透过率。
2 结果分析与讨论
2.1 掺杂对TiO2薄膜折射率的影响
表1是不同掺杂量的氧化钛薄膜的折射率。由表1可以看到,少量掺杂可以提高TiO2薄膜的折射率,但随着掺杂量的增大,折射率反而有所下降,这是因为少量掺杂Ce,不改变TiO2的结构,但过量掺杂,则析出了CeO2颗粒。混合颗粒膨胀系数不一样,造成薄膜致密度下降,导致折射率下降。要改变氧化钛薄膜的折射率可以通过适量掺杂来实现。
2.2 掺杂对TiO2薄膜透射率的影响
用分光光度计测量TiO2薄膜透射率,结果见图 1。
由图1中可以看出,掺杂CeO2对薄膜总体透射率水平影响不大,估算平均透射率:A为75.06%,B为78.68%,C为80.92%,D为81.91%,E为74.66%,可以看出适量掺杂可以提高氧化钛薄膜的透射率。少量掺杂(样品B,C)使透射曲线峰位左移,掺杂较大量CeO2的样品D,E透射曲线峰位右移。
2.2 本征吸收边和光学禁带宽度计算
薄膜的吸收系数α可以通过式(1)来求得[5]
undefined
I-透射光强度;I0-入射光强度。
undefined
T-透射率;
d-薄膜厚度。本组实验中薄膜厚度均为300nm。
对于间接跃迁的半导体薄膜材料,在波长大于完全吸收所对应的波长范围内,可以通过式(2)来确定禁带宽度Eg[6]:
undefined
其中C是常数。
当入射光子能量大于Eg,光能被材料吸收,所以本征吸收边可以通过公式(3)计算[6]:
undefined
其中h为普朗克常数,c为光速。
undefined
当光能hc>Eg,光能被材料吸收。α随光能增大分为两个阶段,这是由于半导体的导带底和价带顶在k空间内的位置不同,所以首先发生电子的间接跃迁,然后在高能量的地方电子开始直接跃迁[6]。采用(ahv)1/2对hv作图。按照间接跃迁模式,在允许光透过区(αhv)1/ 2与hv呈线性关系,光学带隙Eg为直线延长线与E轴的交点的数值。
图2至图6分别是样品A,B,C,D,E的禁带宽度Eg的求解图,图中的线性方程是(αhv)1/ 2与hv线性关系的表达式,Eg是根据线性方程解的,R是线性方程与原曲线的拟合因子。根据公式(3)计算本征吸收边,具体数据见表2。由表2可知,随着掺杂量的增加,禁带宽度逐渐减小,从3.27eV减小到2.51eV,使本征吸收边从380nm红移到了495nm,将氧化钛薄膜对光的吸收从紫外区红移到了可见光区。
4 结论
(1)适量掺杂CeO2会提高TiO2薄膜的折射率,过量掺杂CeO2反而会降低折射率。
(2)TiO2薄膜随着掺杂CeO2量的增加,禁带宽度逐渐减小(从3.27eV减小到2.51eV),从而使本征吸收边从380nm红移到了495nm,将TiO2薄膜对太阳光的吸收从紫外区红移到了可见光区。
参考文献
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光学性能 篇8
现代建筑玻璃除了美学设计之外的两个关键特点和要求是:安全可靠和节能环保, 要同时满足这两个要求必然涉及到节能建筑玻璃构件和节能一体化设计。一直以来中国乃至世界对于新能源的研发与投入与日俱增, 许多常规能源替代产品不断地出现在世人面前。太阳能、生物能、风能、地热、潮汐等等, 给新能源的发展带来了强大的动力与希望。太阳能光伏建筑一体化技术是将太阳能光伏产品集成或结合到建筑构件上的技术, 它不但具有建筑构件的功能, 同时又能产生电能供建筑使用。采用光-电-建筑一体化组件的光电玻璃幕墙将成为新兴产业。太阳能建筑一体化意味着把传统的建筑围护结构从能量散失的部分转换成能量吸收部分, 是将太阳能技术元件与建筑构件的一体化, 但这并非简单地在建筑上安装一些太阳能元件, 而是将他们与建筑物本身一体化成建筑的组分。
2 真空玻璃平板光伏构件概况
真空玻璃平板光伏构件是当前新研制出的一种新的光伏建筑一体化产品 (详见图1、图2) , 该构件是指真空玻璃与光伏电池复合在一起, 成为不可分割的建筑构件。这种构件充分利用了真空玻璃低传热系数以及光伏电池发电的特性, 使得该建筑构件即满足降低建筑能耗的要求, 光伏电池又能发出一定的电量, 供给建筑使用, 达到双重的节能效果。
本文所研究的真空平板玻璃光伏构件由上基板、夹胶层和下基板三部分组成。其中, 上基板为钢化玻璃, 厚6㎜;夹胶层由PVB胶膜、单晶硅太阳能电池组成, 共厚1.52㎜;下基板为真空玻璃 (5㎜玻璃+0.15㎜真空层+5㎜玻璃) 。下文所测试的试件尺寸为1500㎜*1500㎜, 共含16片的电池片串联组成, 占整个试件面积比为56%。
3 光学物理性能的检测
3.1 测试方法及方案的选用
3.1.1 测试方法
国家暂无相关真空玻璃平板光伏构件光学物理性能检测的方法标准。笔者对该构件进行了剖析, 提出该构件无电池部分与玻璃特性一致, 有电池部分可近似看成镜面, 参照玻璃特性方法。因此, 试件整体光学物理性能采用面积加权平均法得出。
本文测试方法主要是依据标准:GB/T2680-1994《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》与JGJ/T151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程及条文说明》。
3.1.2 测试方案
根据真空玻璃平板光伏构件的工作原理, 该构件需交替经历光伏电池发电与光伏电池不发电两种不同的工作状态。所以应分别测试该构件的两种工作状态的光学物理性能来表征其综合光学物理性能。
构件中光伏电池不发电状态时, 该构件应先放入测试室调节24h, 使构件达到温湿度平衡状态后进行相关性能参数测试。
构件中光伏电池发电状态时, 光伏电池发电对构件的主要有两方面的影响。第一, 电池发电使得整个构件温度上升。第二, 电池发电产生了电磁场。所以电池发电时分析构件温度上升以及产生的电磁场对其光学物理性能的影响是关键。
根据该构件的工作电源电压为8.2V, 电流7.8A。工作运行一天内最高温度可达60℃左右, 查看相关文献可知, 该工作电源电压、所处温度范围内, 对玻璃的光学性能影响在工程中可以忽略不计。因此, 可用光伏电池不发电是的光学性能表征其综合光学性能。
3.2 测试参数
真空玻璃平板光伏构件主要用于门窗、幕墙、采光顶等透明外围护结构中, 所以其光学物理性能必须满足标准中对门窗、幕墙、采光顶等透明外围护结构的相关要求。参照相关标准, 笔者确定真空平板玻璃光伏构件可见光透射比、可见光反射比、遮阳系数为此次测试的参数。
3.3 测试仪器及测试要求
本文笔者选用分光光度计和红外光谱仪等光学仪器对真空平板玻璃光伏构件的光学热工性能进行了测试。分光光度计的波长范围覆盖紫外区280~380nm, 可见区380~780nm, 太阳光区350~1800nm, 近红外区780~1800nm。红外光谱仪的波长范围为远红外区 (4.5μm~25μm) 。
在光谱透射比测定中, 采用与试样相同厚度的空气层作为参比标准, 照明光束的光轴与试样表面法线的夹角不超过10°, 照明光束中任一光线与光轴的夹角不超过5°。在光谱反射比测定中, 采用仪器配置的参比白板作为参比标准, 采用标准镜面反射体作为参比标准, 如镀铝镜等, 而不采用完全漫反射体作为工作标准, 在光谱反射比测试中, 照明光束的光轴与试样表面法线的夹角不超过10°, 照明光束中任一光线与光轴的夹角不超过5°。
3.4 测试结果
构件在测试室调节24h后, 测试结果如表1.
根据面积加权平均法可知, 试件整体光学物理性能如下:
真空玻璃新型平板光伏构件可见光透射比:
式中:τv—真空玻璃新型平板光伏构件可见光透射比
τv1—真空玻璃新型平板光伏构件非透明部分可见光透射比
τv2—真空玻璃新型平板光伏构件透明部分可见光透射比
A1—真空玻璃新型平板光伏构件非透明部分面积占总面积的比值
A2—真空玻璃新型平板光伏构件透明部分面积占总面积的比值
真空玻璃新型平板光伏构件可见光反射比:
式中:ρv—真空玻璃新型平板光伏构件可见光反射比
ρv1—真空玻璃新型平板光伏构件非透明部分可见光反射比
ρv2—真空玻璃新型平板光伏构件透明部分可见光反射比
真空玻璃新型平板光伏构件遮阳系数:
式中:Se—真空玻璃新型平板光伏构件遮阳系数
Se1—真空玻璃新型平板光伏构件非透明部分遮阳系数
Se2—真空玻璃新型平板光伏构件透明部分遮阳系数
4 适宜性分析
现行国家节能相关标准中, 如:公共建筑节能设计标准 (GB50189-2005) , 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准 (JGJ26-2010) , 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 (JGJ134-2010) , 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 (JGJ75-2012) 。均对我国建筑外围护结构中屋面、门窗、幕墙的光学性能限值指标提出了要求, 具体如表2、表3所示。
依据本文中提出的检测方法, 该样品的可见光透射比为0.34, 可见光反射比为0.10, 遮阳系数为0.52。与表2、表3中数据相比, 目前所研制出来的光伏构件的适用于公共建筑寒冷地区、夏热冬冷地区 (北向) 、夏热冬暖地区 (北向) 外窗及透明幕墙的遮阳要求, 居住建筑夏热冬暖地区外窗及透明幕墙的遮阳要求。
注:有外遮阳时, 遮阳系数=玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时, 遮阳系数=玻璃的遮阳系数。
5 结语
在真空玻璃平板型光伏构件的研发过程中, 我们对它进行了光学物理性能的检测同时, 也进行传热系数等项目的检测。真空玻璃平板型光伏构件的双重节能性能, 在建筑中的应用将越来越广泛。通过改变此种构的上基板和下基板的玻璃参数, 将大大提高它的保温隔热性能。
参考文献
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光学性能 篇9
Zn O薄膜的制备方法较多, 有溅射法、电化学沉积法、化学气相沉积法、喷雾热分解法和溶胶-凝胶法等。其中电化学沉积技术具有反应温度低、薄膜厚度和形貌可控、沉积速率高、设备廉价、环境友好等优点, 因此本文采取恒电流法制备Zn O薄膜。
二、实验
实验采用三电极恒电流方式, ITO为工作电极, Pt为辅助电极, 甘汞电极为参比电极。电解液为去离子水配置的Zn (NO3) 2溶液, 加入KNO3来调节电解液p H调成5.0±0.1, 利用恒温水浴对电解液加热至65℃。沉积前ITO衬底先用丙酮超声两次, 然后再用无水乙醇和去离子水清洗干净。
总的反应方程式如下:
Zn O薄膜样品在500℃空气气氛的管式石英炉中退火1h。待样品冷却后, 用去离子水进行清洗之后, 对Zn O薄膜样品进行烘干。采用X-射线衍射仪 (D8 FOCUS) 对所得薄膜进行相分析, 采用紫外—可见光分光光度计测量薄膜的透射光谱。
三、结果与讨论
(一) Zn2+浓度对薄膜结构的影响
在沉积电流密度为0.7875m A·cm-2, 溶液PH值为5, 沉积温度为65℃, 沉积时间为15min, Zn (NO3) 2浓度分别为0.06mol/L, 0.08mol/L和0.12mol/L时, 得到Zn O薄膜的XRD谱。从图1可以看出通过与PDF卡片79-0208的Zn O的XRD标准谱比较, XRD图谱分别在31.4、36.1、47.2和56.2处出现明显的衍射峰, 分别对应Zn O的 (100) 、 (101) 、 (102) 和 (110) 晶面, 其余衍射峰为衬底ITO玻璃的峰, 说明除Zn O外没有其他物相生成。
薄膜在不同硝酸锌浓度下呈现不同的结晶特征。由于Zn2+在不仅仅是反应物, 还具有自催化作用, 所以当Zn2+浓度较小时, 阴极反应较慢, 进而导致Zn O生成速率也较慢, 衍射峰强度小。随着Zn2+浓度的增加, 电解液的导电能力提高, 结晶提高, 衍射峰强度增加。然而Zn2+浓度过大时, 阴极极化作用降低, 晶核形成速度降低, 衍射峰强度下降。
(二) Zn2+浓度对薄膜透光性能的影响
图2为在沉积电流密度为0.7875m A·cm-2, 溶液PH值为5, 沉积温度为60℃, 沉积时间为15min, Zn (NO3) 2浓度分别为0.06mol/L、0.08mol/L和0.12mol/L时, 得到Zn O薄膜的透射谱, 可见在本实验条件下所获得的Zn O薄膜在可见光区的光学透过率高于70%。在Zn (NO3) 2浓度为0.08mol/L条件下沉积出的Zn O薄膜的透光性要高于其他浓度。Yamamoto等人[6]曾指出, Zn O薄膜的透光性与其表面的粗糙度和缺陷等密切相关。结合XRD结果, 0.08mol/L条件下沉积出的Zn O薄膜的衍射峰强最高, 结晶质量最好, 故其透过性最好。
图2不同Zn2+浓度下Zn O薄膜的透射光谱
(三) Zn O薄膜的粒径分析
通过XRD结果可获得样品的晶体结构和晶粒大小等方面的信息, 可以由数据处理软件得到衍射峰位置、半高宽等数据, 根据Scherrer公式可以计算出样品的晶粒尺寸[7]:
其中λ为入射X射线的波长, B为最大衍射峰的半高宽 (单位:rad) , θ为相应的衍射角。可以得出Zn (NO3) 2浓度为0.08mol/L条件下沉积出的Zn O薄膜的晶粒尺寸小于其他浓度条件。这与X射线衍射结果和透光率结果一致。
(四) Zn O薄膜的禁带宽度计算
根据半导体的能带理论, 直接带隙半导体材料的吸收系数与光学带隙满足Tauc公式[8]:
式中:α为吸收系数;hν为光子能量;A为常数;Eg为带隙宽度。
四、结论与建议
本文采用恒电流法沉积Zn O薄膜, XRD与紫外可见分光光度计结果分析表明所得Zn O薄膜粒径为20~40nm, 光学带隙在3.3~3.4ev之间。讨论了Zn2+浓度对Zn O薄膜的结构与性能的影响, Zn (NO3) 2浓度为0.08mol/L条件下沉积出的Zn O薄膜的结晶性好, 平均透光率最高。
本实验综合了电化学方法合成、XRD分析和性能检测, 简便可行, 实验可以分组进行, 每组3人, 每人负责一个样品的制备和分析, 实验结束后每组进行总结讨论, 写出完整的实验报告。且实验中电流密度、电极电位、温度、溶液组成、p H值、反应时间等参数均可为变量, 学生自由发挥的空间较大。通过本实验了解薄膜制备和分析的一般过程, 掌握XRD和紫外可见分光光度计用于薄膜材料分析的一般方法, 掌握实验数据的基本处理方法, 同时培养学生的团结协作能力。
摘要：本文开发了一个新的综合实验, 采用恒电流法制备了ZnO薄膜, 利用X射线衍射分析了ZnO薄膜的晶粒尺寸等结构特征, 紫外—可见光区的透过率分析ZnO薄膜的光学带隙, 研究了Zn (NO3) 2反应物浓度对ZnO薄膜的影响, 探讨了将其用于学生实验的可行性。
关键词：ZnO薄膜,恒电流法,X射线衍射,光学带隙
参考文献
[1]M.Bouderbala, S.Hamzaoui, B.Amrani, et al.Thickness dependence of structural, electrical and optical behaviour of undoped Zn O thin films[J].Physica B, 2008, 403:3326-3330.
光学性能 篇10
本研究的主要目的是为了提高焦作绞胎瓷胎体的透光度和光泽度,从而提高绞胎瓷光学性质和观赏性.影响陶瓷透光度的因素很多,主要有气孔率、晶界结构、烧成气氛、表面加工光洁度等,对透明陶瓷透光度能影响最大的因素是气孔率[6,7,8]。由于光照射在晶界和气孔处会产生光吸收、反射、折射、散射等,故从光学意义上来说,多晶陶瓷一般是不透明的,而玻璃是非晶相的具有各相同性的特点,几乎无气孔,为了能够降低气孔率必须增加陶瓷坯体中的玻璃相,我们尝试在制作普通绞胎瓷的原料中添加碎玻璃,增加坯体中SiO2含量,从而增强陶瓷的坯体中玻璃相的含量增强透光度,利用废玻璃作为原料还达到了提高废玻璃利用率的目的[4,5],而且废玻璃还可以起到降低烧成温度的作用,即可降低烧成时的能源消耗降低成本,由此一举多得。
1 实验
1.1 实验用原料[1,2,4](表1)
1.2 配料加工粉磨粒径分布(图1)
1.3 实验工艺流程(图2)
2 性能测试及数据分析
从图3、图4中可以看出实验1-5号光泽度和透光度随之明显增加,补充实验6-8号组的透光度和光泽度都有明显改善,当7号硅铝比为18.53时透光度和光泽度都达到最好,硅铝比在16.04和17.16时次之。而8号和1号硅铝比为16.04和16.24非常接近,但光泽度和透光度相差非常大,1号光泽度和透光度最不好,这是因为1号配方中的高岭土含量为8%是配方中高岭土最高的,而8号配方中高岭土含量仅为2%是配方中高岭土含量最低的,,当2号硅铝比18.95和7号硅铝比18.53非常接近,但2号试样透光度和光泽度出现低谷而7号透光度和光泽度都达到极峰值,也是由于2号配方高岭土含量较高造成的。总体看高岭土含量越高,绞胎瓷的光泽度和透光度会随之下降,硅铝比在16-18范围内且高岭土含量较低的情况下坯体透光度和光泽度较好。
图5表明随着1-5号废玻璃加入量的增加坯体的光泽度在有所增加,由于玻璃量的加大使得坯体中熔剂物质增加烧成时坯体致密度较好,玻璃相含量增加,烧成的试片泛有玻璃光泽。图6表明随着1-5号废玻璃加入量的增加对透光度也有较大的提高,这也是因为玻璃的加入明显减少了胎体气孔率,大大提高胎体的玻璃相含量,玻璃相的含量是提高透光度的关键。
从图7中可以看出SiO2含量为78.99%时坯体的透光度最好,当SiO2含量为80.54时透光度最差。比较两组可知透光度最好时高岭土含量低且长石含量高,透光度最差时高岭土含量高长石含量较低。由此可知适当增加长石的含量可以增强透光度,但是高岭土含量低时泥料的塑性不好,所以我们可以增加碎玻璃和长石来提高透光度。
从图8可以看出Al2O3含量的增加使得陶瓷坯体透光度降低,Al2O3含量为8.41%时陶瓷坯体时透光度级别最差,所以对于粘土类原料的添加要尽可能的少才能达到较好的透光效果。Al2O3含量为5.3246%时透光度级别为7,此时效果较好。可知Al2O3最佳含量为5%左右。
材料透光性是综合指标,是光能透过陶瓷材料后剩余光能所占比例,透光强度公式为:
I=I0(1-m)2e-(s+α)x,其中反射系数m、吸收系数α、散射系数S是影响透光性的主要因素[7,8]。陶瓷吸收率或吸收系数在可见光范围内是比较低的,而玻璃的吸收系数α=10-2cm-1非常小,在影响透光率的因素中不占主要地位。材料对周围环境的相对折射率大,反射系数m大,反射损失也大,光泽度较高。对多晶无机材料,影响透光率的主要因素在于组成材料的晶体的双折射率。没有双折射现象,本身透明度较高。绞胎瓷中有未熔融的SiO2、Al2O3和高温形成的莫来石晶体,这些晶体都有双折射现象,影响透光性。废玻璃是经过高温熔融的单一连续相,无气孔,高温易熔性、流动性和填充性都比较好,用废玻璃取代部分石英等陶瓷原料使绞胎瓷的玻璃相含量丰富,主晶相含量较少,因此得到透光性较好的半透明陶瓷材料。
3 结论
(1)玻璃作为一种原料加入配方中改善光泽度和透光度是可行的。
(2)通过本次实验找到了玻璃含量对陶瓷坯体透光度的影响规律,随着玻璃含量的增加坯体的透光性能逐渐增强,随着高岭土的增加坯体的透光性能减弱。
(3)实验得到的最佳配比是:玻璃含量32%,高岭土2%时试片的透光性能最好,此时SiO2含量为78.06%,最佳烧成温度为1180℃。
摘要：玻璃相是瓷胎半透明性的贡献者,适当增加玻璃相可以提高半透明性。本实验在采用传统绞胎瓷配方[1][2][4]的基础上增加废玻璃以在较低的烧成温度下提高陶瓷胎体中的玻璃相。利用光泽度仪、透光度测试仪[3]测定试片的光学性能。对实验数据利用origin软件进行处理得到一些图像,通过图像显示出硅铝比、二氧化硅含量、氧化铝[4]等对瓷胎透明度及光泽度的影响;结果显示:随着废玻璃加入量由15%增加到33%透光度从1级提高到8级,光泽度也在不断增加。实验最佳配方的玻璃含量32%烧成、温度为1180℃。
关键词：绞胎瓷,半透明性,废玻璃,透明度,光泽度
参考文献
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[2]马铁成.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社,2011年
[3]马小娥.材料实验与测试技术.北京:中国电力出版社,2008年
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[7]刘得利.影响透明陶瓷透光率的因素.陶瓷工程,1998(4):20