(重要)高折射率玻璃微珠的研究和应用
高折射率玻璃微珠技术研究
TiO2—BaO—SiO2系统高折射率玻璃微珠的研制摘要：以TiO2—BaO—SiO2系统为高折射率玻璃微珠的玻璃系统，采用X射线衍射、梯度炉、光学显微镜等测试手段探讨了玻璃微珠的析晶、成型方法和折射率的测定方法。
结果表明，TiO2—BaO—SiO2玻璃系统随着TiO2／BaO摩尔比的增大，析晶倾向增大，所制得的玻璃微珠通过固体介质熔融比较法测得2．0<nD<2．1。
关键词：TiO2—BaO—SiO2系统；玻璃微珠；高折射率高折射率(nD≥1．9)玻璃微珠是制造回归反光新型光学功能复合材料的核心。
回归反光材料是由高折射率玻璃微珠、反光衬底材料、耐候性高分子树脂及高性能胶粘剂组成的复合型贴膜材料。
随着我国对基础设施建设投资力度的加大，尤其是西部大开发战略的实施，回归反光材料的需求量越来越大。
目前国内使用的贴膜材料几乎全部是从美国3M公司进口。
高折射率玻璃微珠在我国只有少数厂家采用铂金坩埚熔融法生产，其产品技术参数很不稳定，且设备投资大、耗能高、成品率低，难以大规模批量生产。
所以，深入研究高折射率玻璃微珠的化学组成、成型方法以及性能参数的测定评价等，对于完善高折射率玻璃微珠的生产工艺，提高产品质量及降低成本等，在我国具有非常重要的意义。
本文以TiO2—BaO—SiO2系统为高折射率玻璃微珠的玻璃系统，采用X射线衍射、光学显微镜等手段探讨了玻璃微珠的析晶、成型方法和折射率的测定方法。
1 实验部分实验中TiO2、BaCO3和SiO2等均采用分析纯试剂。
将各种原料按照一定的配比，称量混合均匀后，在刚玉坩埚中熔化并保温一定时间，将熔融液迅速倒入水中进行淬冷，得到的玻璃粉采取两种方式成珠。
采用日本理学D／max 2200 X射线衍射仪进行物相分析。
利用梯度炉测定玻璃析晶温度范围，成珠后的样品采用德国Leitz Laborluxl2 POL型光学显微镜进行玻璃微珠的失透、珠径和圆整度的观察。
2 分析与讨论2．1 玻璃微珠组分的确定nD＝1．93时球状透明体的焦距恰在球体的表面，此时作成的反射膜回归反射性能最好。
高折射率玻璃微珠折射率的测量
第30卷第6期 光 子 学 报 V o l130N o16 2001年6月 A CTA PHO TON I CA S I N I CA June2001 高折射率玻璃微珠折射率的测量3黄富泉 卢山鹰 王绍民(浙江大学物理系,浙江,杭州310028)摘 要 用激光作为测量光源,利用激光经玻璃微珠一次或多次内部反射后出射,形成最小偏转角的原理,对高折射率玻璃微珠折射率的测量进行了理论分析和实验测试1比较了不同内反射次数对测量精度的影响1该测量方法尤其适用于已在微珠列阵逆向反光膜上大量使用的、折射率位于118～214之间的高折射率玻璃微珠折射率的测量,较传统方法具有简便、快捷和安全的特点1经分析和对不同类型微珠样品的实测比较,获得了测量精度优于1%的结果1关键词 折射率测量;玻璃微珠;最小偏转角;彩虹法0 引言 玻璃微珠一般是指直径在Λm至mm之间的玻璃球体,它已在交通标志、反光膜和配合目标等方面得到广泛的应用11根据折射率的不同,玻璃微珠可分为折射率低于1170的低折射率微珠,折射率在1170～210之间的准高折射率微珠和n大于210的高折射率微珠1折射率是反映玻璃微珠光学质量的主要因素,如何对微珠折射率进行准确、安全和快捷简便的测量,一直是微珠制造和应用厂家迫切要求解决的实际问题1玻璃材料折射率的直接精确测量,大都是基于棱镜的最小偏转角法或全反射临界角法进行的,被测样品必须制成一定大小的精密棱镜才能进行测量1对不便于制作成精密棱镜的颗粒材料,浸液法是最为常用的折射率测量方法,其对低折射率材料是行之有效的,但对高折射率材料,由于浸液法所需的高折射率匹配液都有毒性,给测量带来很大的不便1对于高折射率玻璃微珠,通过制作棱镜的方法测量其折射率既费时又不能直接反映实际情况,由于成珠环境条件的不同,实际微珠的折射率往往与用同样材料熔成块材的折射率有差异1从几何光学角度考虑,光线入射至玻璃微珠内经一次或多次内反射后,在一定条件下可形成最小偏转角出射,通过测量最小偏转角,即可求得玻璃微珠的折射率1由于其与彩虹的形成原理类似,故该测量方法又称之为彩虹法1历史上,A iry 于1838年最早对彩虹的形成进行了解析的分析211975年,T1Yam aguch i提出了用一次彩虹形成的最小偏转角测量高折射率玻璃微珠的折射率3,取得了较为实用的结果11987年陈显求等人用显微干涉的方法测量玻璃微珠的折射率4,仍须用高折射率匹配材料辅助测量11997年F. Sarcinelli等人采用衍射分析的方法测量了微珠的折射率5,但测量精度不高11999年H.H atto ri 用一次和二次彩虹法分析测试了柱状玻璃管内液体折射率6,得到了很高的测量灵敏度(∃n=(±3～6)×10-7)1本文在改进一次彩虹法测量微珠折射率的基础上,提出了用二次彩虹法测量玻璃微珠的折射率的方法,并实测了几种不同微珠的折射率,得到了较好的结果,为玻璃微珠的研制和应用提供了一种实用快捷的折射率测量方法11 原理处理光波与均匀介质球相互作用的方法有三种:几何光学方法、衍射方法和M ie氏散射理论方法1M ie氏散射理论上严格,但其数学处理和3国防科技预研跨行业基金项目(995212111JW0403)和横向合作项目(I29901)收稿日期:2000211228数值计算都较复杂,而几何和衍射的方法具有直观和数学处理简便的特点,对常用的直径在50～500Λm 之间的玻璃微珠尚能给出有效的结果,本文以几何方法为基础并给合衍射结果进行分析1如图1,一束平行光从折射率为n 0的介质入射到折射率为n l 均匀透明玻璃球上,在其子午面内,光线经不同次数的内部反射后出射,出射光线相对入射光线的偏转角∆可表示为∆=2(Α-Β)+N (Π-2Β)(1)图1 光线经玻璃微珠的折射和反射F ig .1 R ay refracted and reflected by a glass bead利用斯涅耳定律sin Α=n sin Β(2)式中Α、Β分别为入射角和折射角,n 等于相对折射率n l n 0,N 为光线出射前在微珠内部的反射次数1利用式(1)、(2),可得当n <N +1时,∆存在如下极小值∆m in =N Π+2arcsin (N +1)2-n 2N (N +2)-2(N +1)arcsin 1n(N +1)2-n 2N (N +2)(3)相应的入射角为Α=n arcsin [(N +1)2-n 2] [N (N +2)](4)由此可知,当N =0时,不存在偏转角的极值1只有当N 大于等于1并满足条件n <N +1时,才存在偏转角的极小值1因此,在存在极值偏转角时,通过实验测得偏转角的最小值∆m in ,即可根据式(3)求得微珠材料的相对折射率值n ,该测量微珠折射率的方法称之为最小偏转角法,习惯上又称作为彩虹法,根据内反射次数的不同,可分别称作一次内反射最小偏转角法和二次内反射最小偏转角法等,或称作一次彩虹法和二次彩虹法等1通过式(3)对n 求导,可得最小偏向角∆m in 随折射率n 的变化率,即测量灵敏度,其数值结果如图2所示1由图中相应曲线可看出,随内反射次数的增加,相应同一折射率的测量灵敏度提高1考虑到衍射效应,出射光线形成的光场分布是一组衍射条纹1对此,可用M ie 氏理论数值模拟7、文献1中的爱里函数法以及基尔霍夫衍射积分原理进行数值模拟分析1我们基于衍射和实验结果对照分析,选择以衍射条纹强度峰值的外四分之一处为对应最小偏转角位置1图2 不同内反射次数测量微珠折射率的灵敏度比较F ig .2 T he comparison of m easuring sensitivityfo r different ti m es of inner reflecti on2 实验测试211 一次彩虹法对于一次内反射情况,折射率大于2时不存在最小偏向角,故不能用一次彩虹法对折射率大于2的微珠进行直接测量,因此,对折射率接近或大于2的高折射率微珠,必须选用折射率匹配介质使之相对折射率显著低于2时才能进行有效的测量,对常用的折射率在118～214范围内的玻璃微珠,我们选择纯净水作为折射率匹配介质,其相对633nm 和532nm 波长光的折射率分别为113315和1133501实际测量中将待测微珠样品加水装夹于两盖玻片之间(为减小测量误差,盖玻片以薄为好,本测量中选用的厚度为0117mm )1图3为实验测量装置及相应实测衍射图样1光源选用波长633nm 的基模H e 2N e 激光或波长532nm 的倍频N d :YVO 4激光1从激光器出射的激光经聚焦透镜聚焦于待测微珠上,经一次内反射后出射至测量屏上,根据最小偏转条纹位置以及微珠样品至测量屏距离即可求得出射角Η,并经盖玻片玻璃及匹配液面折射修正后算得最小偏转角∆m in ,进而由式(3)得到微珠相对折射率n ,最后求得微珠折射率n 11匹配液面引起折射可表示为sin Η=n 0sin (2Π-∆m in )(5)457 光子学报 30卷上式中已将空气折射率近似为11再参照图4,考虑盖玻片厚度对测量的影响,因盖玻片为平行平板,对出射光线只起平移作用,而对传播方向无影响1盖玻片厚度引起的出射光线平移量为∃R =d (tan Η-tan Η′)(6)式中d 为盖玻片厚度,Η和Η′分别是光线出射角和折射角1在本测量条件下,(盖玻片折射率约为1150,出射角Η小于60°),因盖玻片厚度引起的出射光线平移量∃R 小于盖玻片厚度d (0117mm ),故在本测量精度(1%)范围内对测量结果的影响可忽略1 图3 一次彩虹法测量装置和实测衍射图样 F ig .3 T he p ri m ary rainbow m ethod and itsexperi m entalpattern图4 盖玻片厚度引起出射光线平移F ig .4 Em erging ray sh ift by cover glass212 二次彩虹法二次彩虹法可用于最大折射率不超过3的微珠折射率的直接测量,故对常用的折射率在118～214范围内的玻璃微珠,可免去一次彩虹法中必需的折射率匹配液和盖玻片,实测装置和及相应实测衍射图样如图5所示,与一次彩虹法不同的是,测量屏置 图5 二次彩虹法测量装置和实测衍射图样 F ig .5 T he secondary rainbow m ethod and itsexperi m ental pattern于样品微珠后方,且入射激光聚焦光斑应小于样品微珠半径,微调微珠位置,使得出射衍射图样最强条纹最亮,此时入射光斑中心位置应处于相应最小偏转角的入射光线位置1根据测量衍射条纹半径R 和样品微珠至测量屏的距离L ,得到出射角Η=arctan (R L ),进而算得最小偏转角值∆m in =2Π-Η,再由式(3)求得微珠折射率值n 1为便于实际应用,我们经数值计算,将(Η,n )对应值列成数据表,测量中只需直接查对即可得到折射率测量结果13 结果分析实验中对四种微珠样品分别用532nm 和63218nm 两种激光进行测试,结果如表1所示,其中n D 是用线性插值法推算得到的相对钠黄光(Κ=58913nm )的折射,从中亦可看出材料的色散1 实验中的测量误差主要来自以下几个方面:1)微珠不圆度带来的误差1它是本测量方法的主要误差来源,故实际测量中要求微珠的圆度误差小于1%,并在用测量显微镜选择圆度好的样品微珠的同时,配合采取转动角度多次测量取平均值的方法来减小不圆度带来的影响12)入射光束非平行光及有限束宽带来的误差1由于实验中为减小入射光斑尺寸,采用了聚焦激光束,同时也带来了增大光束发射角的不利影响,使小尺寸微珠折射率的测量精度下降1故在测量表1 用彩虹法实验测试微珠样品的折射率并推算n D编号大小(目)测量方法n 5320n 6328n 53202n 6328n D140#—60#一119191.9070.01211912二119231191001013119152250#—300#一118891188001009118843250#—300#一212072118401023211944250#—500#一21194211760101821184 注:测量方法中的一、二分别指一次彩虹和二次彩虹法5576期 黄富泉等1高折射率玻璃微珠折射率的测量中光源要求用基模激光束,聚焦透镜的焦距不能太短(直径为1mm的激光束,透镜焦距一般应大于200mm)13)微珠内部折射率的不均匀性的影响1从观察测量中衍射条纹的同心性和圆整性上可判断样品微珠内部折射率的不均匀性,内部折射率不均匀的微珠其衍射条纹的同心性和圆整性均较差14)温度的影响1因实际玻璃材料的折射率温度系数为10-5 C°量级,故在本测量精度范围内的影响可忽略15)读数对准误差1对实际测量而言,最好的解决办法是用折射率已知的理想微珠校准确定16)微珠表面粗糙度的影响1表面粗糙会影响测量条纹的清晰度,从而降低测量精度,过度粗糙的表面甚至会造成失透而无法进行测量,故对测量样品要求表面光洁14 结论1)彩虹法测量玻璃微珠折射率具有简便、快捷和安全的特点,尤其适合于已广泛应用的直径在015～0105mm范围内的高折射率玻璃微珠折射率的测量,测量精度优于0101,基本满足实际生产和应用所需的测量要求1不足之处是不能测定折射率的内部分布12)二次彩虹法较一次彩虹法有更高的测量灵敏度,具有更大的适用范围,有利于大直径单颗高折射率微珠折射率的直接测量1对更高次数内反射的最小偏转角法,理论上有利于测量更高的折射率和具有更高的测量灵敏度,但由于出射光强度弱,一般不太采用13)对高折射率微珠的折射率的测量,二次彩虹法避免了一次彩虹法所必需的匹配液及盖玻片可能带来的测量误差,实现了高折射率玻璃微珠折射率的直接测量1参考文献1 W ang Shaom in,Zhao D aom u.M atrix Op tics.CH EP&Sp ringer,2000:Chap62 A iry G B.T rans.Cam b.Ph ilo s.Soc.6,1838:1413 Yam aguch i T.R efractive index m easurem ent of h igh refractive index glass beads.A pp ly Op tics,M ay,1975,14(5): 1111～11154 陈显求,方峻1玻璃微珠折射率的测定及其分布1玻璃与搪瓷,1988,16(1):1～45 Sarcinelli F,P izzoferrato R,Scudieri F.Study of the refractive index of m icro scop ic glass beads by ligh t2refracti on analysis.A pp ly Op tics,1997,36(34):8999～90046 H atto ri H.Si m ulati on study on refractom etry by the rainbow m ethod.A pp ly Op tics,1999,38(19):4037～40467 L ynch D K,Schw artz P.R ainbow and fogbow s.A pp lied Op tics,1991,30(24):3415～3420THE REFRACTIVE IND EX M EASURE M ENT OF H IGHREFRACTIVE IND EX G LASS BEAD SH uang Fuquan,L u Shanying,W ang Shaom inZ hej iang U niversity,H ang z hou,Ch ina310028R eceived date:2000211228Abstract A new m ethod fo r m easu ring the refractive index of glass beads is p resen ted.U sing a laser beam incidence fu lfills the conditi on of m in i m um deviati on and th rough one o r m o re ti m es inner reflec2 ti on,can be received the p ri m ary o r h igher o rder rainbow s w h ich relate to the refractive index of the glass beads.T he m ethod is p articu larly adap ted to m easu re the refractive index w ith in117～214of glass beads,and the featu res of th is m ethod are conven ien t,qu ick and safe.T h rough analyzed and com2 p ared w ith differen t experi m en t resu lts,the m easu ring accu racy is better than1%1Keywords R efractive index m easu ring;Glass beads;M in i m um deviati on angle;R ainbow m ethodHuang Fuquan w as bo rn in Zhejiang P rovince in1965.N ow he is a can2didate of Ph.D.in Zhejiang U n iversity.H is research in terests include op2tics,lasers and retro reflective fil m s.657 光子学报 30卷。
高折射率玻璃微珠色散特性及影响
次彩虹法 便 ［３－４］ 是 一 种 基 于 艾 里 理 论 能 快 速 有 效 测
出微珠折射率的方 法，甚 至 在 测 量 折 射 率 渐 变 的 对
象时，彩虹法也是一种有效的方法［５］．但是由于 色 散
效 应 的 存 在 ，当 入 射 光 的 波 长 不 同 时 ，测 得 的 相 应 折
射率值也会发生变 化，而 对 高 折 射 率 玻 璃 微 珠 的 折
６２
光 子 学 报
４１ 卷
射角ｒ 的光线在折射率为ｎ 的玻璃微珠内经过ｋ 次
反 射 后 ，偏 向 角θ 可 以 表 示 为
θ＝ｋπ＋２ｉ－２ｒ（ｋ＋１）
（１）
几 何 最 小 偏 向 角θｍｉｎ可 以 表 示 为 ［７］
槡 θｍｉｎ＝ｋπ＋２ａｒｃｃｏｓ ｋｎ２２＋－２１ｋ－２（ｋ＋１）·
（ 槡 ） ｓｉｎ
回 归 反 射 光 线 的 能 量 主 要 集 中 在 ５°范 围 内 ．
关 键 词 ：玻 璃 微 珠 ；二 次 彩 虹 ；色 散 ；回 归 反 射
中 图 分 类 号 ：Ｏ４３６．３；ＴＱ１７１．７９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４－４２１３（２０１２）０１－００６１－６
图 ３ 折 射 率 １．９３ 和 折 射 率 ２．２ 玻 璃 微 珠 二 次 彩 虹 图 Ｆｉｇ．３ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｒａｉｎｂｏｗ ｆｒｉｎｇｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａ ｇｌａｓｓ ｂｅａｄ
ｗｉｔｈ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｉｃｅｓ １．９３ａｎｄ ２．２
１期
吕 虎 ，等 ：高 折 射 率 玻 璃 微 珠 色 散 特 性 及 影 响
璃微珠 折 射 率 ）．对 于 均 匀 球 形 粒 子，最 小 偏 向 角
高折射玻璃微珠市场的分析和调查报告
高折射玻璃微珠市场的分析和调查报告Analysis and Investigation Report on the High Refractive Glass Microbead MarketIntroductionHigh refractive glass microbeads are an essential component in the production of reflective road markings, signs, and other safety devices. The market for high refractive glass microbeads has been growing steadily over the years, driven by the increasing demand for road safety products. This report aims to analyze the current state of the high refractive glass microbead market and provide insights into its growth potential.Market OverviewThe high refractive glass microbead market is driven primarily by the demand for reflective road markings and signs. With the increasing awareness of road safety, governments and private organizations are investing more in road safety products. The market for high refractive glass microbeads is also driven by the growing demand for reflective coatings in the automotive andaerospace industries.In terms of geography, the Asia Pacific region dominates the high refractive glass microbead market, accounting for the largest share of the market. This can be attributed to the increasing investment in infrastructure and the growing automotive industry in countries such as China and India. North America and Europe also have a significant market share due to the well-established road safety regulations and the presence of major players in the market.Market SegmentationThe high refractive glass microbead market can be segmented based on the type of product, application, and geography. Based on product type, the market can be segmented into solid glass microbeads and hollow glass microbeads. Solid glass microbeads are more commonly used in road markings, while hollow glass microbeads are used in reflective coatings.Based on application, the market can be segmented into reflective road markings, signs, and other safety devices. Reflectiveroad markings account for the largest share of the market due to their extensive use in road safety products.Key PlayersThe high refractive glass microbead market is highly fragmented, with several small and large players operating in the market. Some of the key players in the market include Potters Industries, 3M, Swarco AG, and Sovitec.ConclusionThe high refractive glass microbead market is expected to grow significantly in the coming years, driven by the increasing demand for road safety products and reflective coatings. The Asia Pacific region is expected to dominate the market, with China and India accounting for a significant share of the market. The market is highly fragmented, with several small and large players operating in the market.。
玻璃微珠的应用详解
玻璃微珠的应用详解关键词：玻璃微珠摘要：介绍了玻璃微珠的类型及其特性，综述了近年来玻璃微珠的应用研究进展,包括在建材、塑料、橡胶、涂料、医药等领域的应用情况。
改性后的玻璃微珠可应用于电磁屏蔽和吸波材料的制备，拓宽了其应用范围，并分析了其应用前景.玻璃微珠是直径在数微米至数毫米粒径范围内的玻璃（或陶瓷)球体，有实心、空心、多孔玻璃微珠之分[1],具有光学性能好、球形透镜特性、抗冲击性能强、滚动性好、导热系数低、质轻等特点，已广泛用于城市交通标志、汽车牌号、回射幕布、喷吹技术、填充材料、保温材料等领域。
玻璃微珠作为新型填料，一种来源于人工合成微珠，另一种可用风选或水选方法从粉煤灰中提取而来.近几年来玻璃微珠的发展非常迅速，本文中从玻璃微珠的类型及其应用研究方面进行了综述. 玻璃微珠的应用玻璃微珠作为一种填料的独到之处在于它为球形且表面光滑,它们像轴承一样互相之间能够滚动, 具有很好的自由流动性。
而空心玻璃微珠具有一些不寻常的特性,从不同的角度自然地改善了树脂的性能，在美国已成为比较成熟的工程用材料，在英国也得到了较为广泛的应用。
1玻璃微珠在合成泡沫中的应用玻璃微珠树脂复合材料通常称作合成泡沫，这种复合材料的主要特点是密度低，是一种机械性能广，集减振、绝缘、防火于一体的多功能合成材料。
目前主要应用于飞机、宇宙飞船和船舶的制造领域.在所有这些应用当中,都不希望材料具有吸湿性。
在合成泡沫中加入空心微珠不但具有多孔结构，而且由于微珠的闭孔结构，使芯材具有低的吸湿性和高的抗压能力.微珠的机械性能及其在复合材料中的体积比和空间分布直接影响着合成泡沫材料的性能，因此对其特性的研究是材料工程领域的热点。
M。
Koopman［4]研究了玻璃微珠的直径与载荷及断裂能量间的关系。
Nikhil Gupta ［5］研究了空心微珠的内径比对合成泡沫的密度、机械性能的影响。
研究结果表明，空心微珠的内径降低,合成泡沫的机械性能和模量都有提高，室温下泡沫的吸水率都低于1％。
高折射率材料在玻璃制品中的应用
高折射率材料在玻璃制品中的应用在现代玻璃制品中，高折射率材料的应用越来越广泛。
其不仅可以用于加工生产玻璃制品，还可以用于制作光学器件、电子器件等。
本文将从高折射率材料的概念、特点和应用等方面展开，详细介绍其在玻璃制品中的应用。
一、高折射率材料的概念和特点高折射率材料（High Refractive Index Material，简称HRIM）是指其折射率较高的一类材料。
折射率是光线在材料中传播时速度的比值。
由于光线传播时不同介质之间折射率的差异，因此光线的传播方向也会发生变化。
折射率较高的材料，使得光线向材料的垂直方向偏转程度增大，因此可以用于制作光学器件，具有重要的应用价值。
除了具有高折射率的特点之外，高折射率材料还具有以下特点：1、硬度高。
因为高折射率材料一般都是无机材料，如金属氧化物、硅类化合物等，它们硬度高、化学稳定性强、抗磨损和耐高温等性能好。
2、化学性能稳定。
由于高折射率材料多为无机材料，因此其化学性质稳定，不易被氧化剂、酸碱等侵蚀，也不易变色、老化等，因此可用于制作高质量的光学设备。
3、透明度高。
由于其折射率高，在制备时往往需要用到高温、高压等条件，但其本身具有良好的透明性，能够让光线通过，并且具有高反射率，能够反射回大部分光线，因此在光学器件中应用广泛。
4、材料成本高。
目前高折射率材料多为工业和学术界中处于研究和开发阶段的新型材料，其成本较高，难以实现大规模生产。
二、高折射率材料在玻璃制品中的应用1、光学镜片在眼镜和相机等光学领域中应用广泛的一类玻璃制品就是光学镜片。
光学镜片的性能取决于制品产品的质量和材料所具有的特性。
高折射率材料可以用于制备具有高折射率的光学镜片，如高折射率隐形眼镜。
2、光学加工高折射率材料可以应用于制备各种光学组件，如棱镜、反射镜、滤波器等。
这些组件是光学仪器中不可或缺的元件，能够将光线聚集在一起或将其分为各种不同的频率和颜色，因此可以应用于天文望远镜、激光器等领域。
高折射率材料有哪些应用
高折射率材料有哪些应用在现代科技发展中，各种新型高科技材料的问世极大地推动了人类的生活和工业生产的进步。
其中高折射率材料就是一种十分重要的高科技材料，该材料具有多方面的应用价值，如加工制造、功能性材料、建筑材料、电子元件、光电技术等领域都能看到它的身影。
一、高折射率材料的基本概念高折射率材料是指介电常数大于1的材料，在高折射率材料中，晶格对电磁波的散射作用很小，导致它与低折射率材料相比，具有更高的折射率。
它们之间的折射率差别容易观察，例如用它来制造眼镜、透镜和其它光学英雄，以改进光学系统的性能。
二、高折射率材料的应用（一）特殊镜头高折射率材料可以用来制造具有不同折射率的透镜，这种材料镜头具有更高的透光性和透视区域。
高折射率材料的应用范围相当广泛，从专业摄影到眼科手术都离不开它。
（二）高效能显示器高折射率材料可以改进显示器的对比度和亮度，并提高画面清晰度。
而在3D显示器上，高折射率材料则可以帮助观察者看到3D效果，使其更加生动逼真。
（三）太阳能电池太阳能电池是将阳光能直接转换为电能的设备，采用高折射率材料制造太阳能电池可以增加光能板的量子效应区域，提高光能的吸收效率。
高折射率材料在太阳能电池领域的应用将会很广泛，提升太阳能电池效率，从而更好地利用阳光能源。
（四）光学玻璃高折射率材料的应用还包括制造光学玻璃，例如利用高黄铜制备的玻璃，可以帮助人们识别肉眼难以分辨的细微颜色差别。
（五）人工眼晶体人工晶状体是一种可用于眼科手术的人工假体，现在很多选择高折射率材料制造晶状体，使其与眼球的组织更加接近，更容易被身体接受。
（六）科学研究科学研究领域中，高折射率材料也具有重要的应用，例如制备高密度光学记录介质、制造激光吸声介质等。
高折射率材料在这些领域的应用研究可以极大地推动科技进步。
三、高折射率材料的发展前景高折射率材料在现代科技中的重要性越来越突显，特别是在透镜、光学玻璃、太阳能电池等领域，它的应用也越来越广泛。
研究高折射率材料的意义和价值
研究高折射率材料的意义和价值高折射率材料是一类非常重要的材料，在光学、电子和光电领域中具有广泛的应用价值。
研究高折射率材料不仅可以提高人类生产生活的质量，而且对于推动科学技术的进步也具有非常重要的意义。
因此，本文就高折射率材料的意义和价值进行一定的探讨。
第一，高折射率材料对光学领域具有重要意义。
在光学领域中，高折射率材料具有非常广泛的应用。
例如，高折射率材料可以用于制造高效光学镜片、透镜、光学膜等，这些光学元件对于现代光学仪器的制造和功能的提高起到了至关重要的作用。
此外，高折射率材料也可以被应用于激光器、液晶显示器等光学器件的制造，这可以提高这些光学器件的性能和效率，进而推动整个光学工业的发展。
第二，高折射率材料对电子领域具有重要意义。
在电子领域中，高折射率材料也具有重要的应用场景。
例如，高折射率材料可以用于制造高指标的电子薄膜、光电二极管、光电晶体管等电子器件。
这些电子器件的制造和使用可以提高电子设备的性能和效率，进而推动整个电子领域的发展。
第三，高折射率材料对光电领域具有重要意义。
在光电领域中，高折射率材料也是非常重要的材料之一。
例如，高折射率材料可以应用于制造光纤、光学存储器、光学芯片等元器件，这些元器件对于现代光学通信和信息存储技术的推进具有非常重要的作用。
综上所述，高折射率材料的研究不仅对于推动光学、电子和光电等领域的发展具有非常重要的意义，而且可以提高人类生产生活的质量，促进科学技术的进步和发展。
因此，对于高折射率材料的研究和开发应该成为我们未来科学技术研究的重点之一。
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根据干福熹的理论研究和各种氧化物在玻璃中 的作用，确定玻璃组成如表１所示。
率较高，能适当提高玻璃的耐碱性，但ＺｎＯ含量过
表１玻璃化学组成
Ｗ／％
注：玻璃折尉翠是用Ｖ－棱镜测量的ｏ １．２玻璃性能分析
在试验中，ＢａＯ由碳酸钡和硝酸钡引入，除 ＺｒＯ：外，其余氧化物均由工业原料引入。将各种原 料按照设计的玻璃组成，准确称量搅拌均匀后，置于 白金坩埚中熔化４０ ｍｉｎ，倒人模具中成形。 １．２．１玻璃折射率的影响因素
图３玻璃微珠回归反射图
当人射角Ｃ≠Ｏ时，发生回归反射条件可根据 折射定理：
，ｚ。ｓｉｎ Ｃ＝ｎｓｉｎ ｂ，由于，ｌ。＝１，所以ｓｉｎ Ｃ＝ ｎｓｉｎ ｂ。由光学理论得出Ｃ＝２ｂ，所以玻璃微珠折射 率丸＝２ｃｏｓ ｂ。从光学原理中我们知道，Ｃ≤９０。。也 就是６≤４５４。因而只有当ｎ≥√２时，玻璃微珠才会 发生回归反射现象，但这时由于反射光线不能集中 在一个小的角锥内，玻璃微珠的回归反射现象不太 明显。而靠近光轴的光束经折射率蹿≥√２的玻璃微 珠折射后随折射率不同而有３种聚焦情况：
】２４
万方数据
是通过加热后，它从四面体转变成八面体，引起玻璃
的快速析晶。
高折射率玻璃都有一个很大的析晶温度范围，
析晶温度在７００～１ １５０℃，随着温度的不同，玻璃
的析晶速度也有很大的区别。在７００℃时加热数
１０ ｍｉｎ后，玻璃才开始析晶，在９００～１ ０００℃时，玻
璃经过很短的加热后，就已经全部变成晶体。所以
收集器中，气体和玻璃颗粒分离。成珠工艺如图１
所示。
ｇＨＳ
图１成珠工艺
建材世界
２００９年第３０卷第２期
１．４试验结果 我们在试验中通过对加料方式、烧嘴的燃烧状
况进行调整后，生产出高质量的玻璃微珠，见图２。
图２试验生产出的高质量玻璃微珠
２高折射率玻璃微珠的应用
２．１微珠回归反射原理 玻璃微珠是一种新型的硅酸盐材料，当折射率
将制成的玻璃块放在马弗炉中加热，因为玻璃 的析晶是从玻璃的表面开始，所以我们在不同的温 度下对玻璃加热相同的时间，就可以根据玻璃的析 晶程度得出玻璃在不同的温度下析晶速度的大小。
在普通的钠．钙．硅等玻璃体系中，ＴｉＯ：是作为 玻璃网络外存在于玻璃中，有时它也可以作为微晶 玻璃的晶核剂引入到玻璃中。但是在有较多的能提 供氧离子的碱金属和碱土金属氧化物存在时，它可 以以四面体的形式存在于玻璃中。所以在此次试验 中，我们认为ＴｉＯ：在玻璃中处于四面体的位置，但
在１．９－－２．１之间时具有较好的回归反射特性。即 当一束光线在一定范围内以任何角度照射到微珠表 面时，由于微珠的折射作用而聚光在微珠后面特定 的反射层上，反射层将光线沿着光源方向平行反射 回去，图３为玻璃微珠回归反射图。（图３中ＯＰ为 光轴，Ｃ为人射角，ｂ为折射角，，ｚ为玻璃微珠折射 率，咒。为空气折射率。）
ＲＡＭＯＳ Ａ．Ｙ．等的研究，ＴｉＯ：／ＢａＯ的摩尔比和玻 璃的折射率有很大的关系。因而在试验中，选择
根据蒋亚丝的研究成果，为了达到高折射率，玻 ＴｉＯ：一ＢａＯ—ＳｉＯ：一ＡＩ：Ｏ，系统作为玻璃的系统，同时选
璃组成必须考虑各组分的比例。Ｔｉ０２太少时，折射 择合适的ＴｉＯ：／ＢａＯ的摩尔比。
率低，Ｔｉ０２太高时，熔化困难，成玻璃难。Ｔｉ０２和 ＢａＯ共存时，使玻璃的熔化温度下降。ＺｎＯ的折射
１）折射剥２＜，ｚ＜１．９３时，焦点落在微珠外；
２），ｚ＝１．９３时，焦点落在微珠内表面上；
３）折射率咒＞１．９３时，焦点落在微珠中。
我们也可以将厚透镜的公式（１）应用到玻璃微 珠上来对玻璃微珠的回归反射特性进行分析
Ｆ＝ｎｒ／２（，ｚ一１）
（１）
式中，Ｆ焦距；咒玻璃的折射率；ｒ玻璃微珠的直径。 对于通过微珠中心附近的光线来说，７ｚ＝２时，
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２００９年第３０卷第２期
工业生产中，由于Ｐｂ２＋有毒，不符合环保要求，而 高时，将增大玻璃的析晶倾向。舢：Ｏ，的加入能显
Ｂｉ：０３、Ｔｅ０２和稀土氧化物价格昂贵，不适合作为玻 著提高玻璃的化学稳定性。根据ＷＡＴＡＮＡＢＥ Ｎ．，
璃原料，并且形成玻璃的范围又极窄，也不太适合工 业化生产，所以只有ＴｉＯ，是最合适的氧化物。
通过试验，我们发现随着Ｔｉ０２／ＢａＯ摩尔比的 增大，玻璃的折射率呈现上升趋势。这是因为随着 碱土金属氧化物ＢａＯ的降低，玻璃中提供氧的能力 减弱，所以部分Ｔｉｏ’以金红石的结构存在于玻璃 中，从而导致玻璃的折射率提高。在碱金属氧化物 和碱土金属氧化物含量于Ｔｉ０２的含量同时提高后， 玻璃的折射率显著提高，从而说明玻璃的折射率主 要还是跟玻璃的组成有关。 １．２．２玻璃的析晶性能
关键词：ＴｉＯｚ．ＢａＯ．Ｓｉ０２．他０３； 高折射率玻璃微珠； 回归反射
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ Ｇｌａｓｓ Ｂｅａｄｓ
ＰＥＮＧ ｃｈｅｎ （Ｃｈｉｎａ Ｔｒｉｕｍｐｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｎｇｂｕ ２３３０１８，Ｃｈｉｎａ）
会使玻璃的人射光线和反射光线产生很大的偏离， 因而大大降低了玻璃微珠的回归反射性能。
２．３应用领域
玻璃微珠是制造回归反光新型光学功能复合材
料的核心元件。玻璃微珠、高性能粘合剂等组成的
复合型贴膜材料。由于其优良的回归反射性能，和具
有良好的机械强度、化学稳定性、电绝缘性和节能
性，被广泛用于公路、铁路、机场、港口、海洋运输、矿
高折射率玻璃的最大析晶速度在９００～１ ０００℃之
Байду номын сангаас
间，我们在玻璃粉成球过程中。要避免玻璃在此温度
区域内停留较长的时间。
１．３成珠工艺
试验中，通过烧嘴的高速火焰将玻璃粉带进火
焰中，从而使玻璃粉在火焰中充分分散、得到很好的
加热。在ｌ ２００℃高温的火焰下，玻璃粉利用自身
的表面张力成球。成球后的玻璃颗粒随着气流进人
２００９年第３０卷第２期
高折射率玻璃微珠的研究和应用
彭程
（中国建材国际工程有限公司，蚌埠２３３０１８）
摘 要： 以Ｔｉ０２．ＢａＯ－Ｓｉ０２一鹏ｑ系统的玻璃作为高折射率玻璃微珠的材料，研究了玻璃的组成对玻璃折射率的
影响，玻璃的性能和成珠工艺对微珠的性能影响。通过对微珠的回归反射特性进行分析，指出了微珠的应用前景。
彭程， PENG Chen 中国建材国际工程有限公司,蚌埠,233018
建材世界 THE WORLD OF BUILDING MATERIALS 2009,30(2)
本文链接：/Periodical_gwjckj200902036.aspx
山、坑道、消防、城建等领域作为各种反光标志，同时
也广泛用于广告、电影、多媒体电脑等产品的投影屏 幕。
收稿日期：２００８．１１－２８． 作者简介：彭程，高级工程师 Ｅ－ｍａｉｈｊｉａｎｃａｉｓｊ＠ｃｔｉｅｃ．ｎｅｔ
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万方数据
高折射率玻璃微珠的研究和应用
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
１ 高折射率玻璃微珠的研究
１．１玻璃成分的确定 当玻璃微珠的折射率为１．９３时，球状透明体的
焦距恰在球体的表面，此时用高折射率玻璃微珠制 作的反射膜回归反射性能最好。但是，普通玻璃不 足以达到如此高的折射率，提高折射率的方法是在 玻璃成分中加入高折射率的氧化物，如要使玻璃的 折射率达到１．９３，按照干福熹的理论研究，必须在 玻璃中加入大量的折射率超过１．９３的氧化物组分。 如ＰｂＯ、Ｂｉ：０３、Ｔｉ０２、Ｔｅ０２和稀土氧化物，同时减少 低折射率的氧化物含量，如Ｓｉ０２、Ｋ：Ｏ、Ｎａ２０等。在
ｔｉｃｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｉ０２一ＢａＯ－Ｓｉ０２·Ａ１２ ｑ；ｈｉｇｈ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｇｌａｓｓ ｂｅａｄｓ；ｒｅｔｒｏ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
高折射率玻璃微珠是回归式反光材料中必不可 少的添加材料，回归式反光材料利用高折射率玻璃 微珠独特的光学性能，即将由光源射来的光线向原 光源方向进行反射，并保持在一个不大的角锥内，由 于它不要外加电源即可起到良好的指示作用，所以 它也是一种重要的节能材料。目前国内使用的回归 式反光材料大部分是从美国３Ｍ公司进口。高折射 率玻璃微珠在我国只有少数厂家采用铂金坩埚熔融 法生产，其产品技术参数很不稳定，且设备投资大、 耗能高、成品率低，难以大规模批量生产。所以，深 入研究高折射率玻璃微珠的化学组成、成形方法以 及性能参数的测定评价等，对于完善高折射率玻璃 微珠的生产工艺，提高产品质量及降低成本等，具有 非常重要的意义。
Ｆ＝，．，因而焦点是位于玻璃微珠的背面，这时它能 呈现出完整的回归反射特性。但由于受球面象差的
影响，通过周边的光线被折射得很大，所以对于通过
离中心３７。处的光来说，在，ｌ＝１．９时，它的焦点聚
在微珠的背面，这时才能呈现完整的回归反射特性。 ２．２影响微珠回归反光性能的主要因素
２．２．１玻璃折射率
从上述玻璃微珠的回归反射原理中可知，玻璃
目前，国内研究的高折射玻璃系统主要采用 ＴｉＯ：．ＢａＯ．ＺｎＯ．Ｓｉ０２、Ｔｉ０２．Ｂａ０．ＺｎＯ—Ｂ２ ０３和Ｔｉ０２一
ＢａＯ．ＺｎＯ—Ｚ蛾系统。文中从提高玻璃的化学稳定
万方数据
性和降低成本出发，在玻璃系统中引人大量的Ｓｉ０２ 和～：０３，使玻璃转变为Ｔｉ０２．ＢａＯ—Ｓｉ０２一Ａ１：０３体 系。在成珠工艺上，利用烧嘴的高速火焰引射玻璃 粉。避免了采用粉末喷涂工艺消耗大量的动力和能 源。
微珠的回归反射特性跟玻璃的折射率有如下关系：
当压＜，ｚ＜１．９３时，随着玻璃微珠折射率扎的
增加，反射光线越靠近光轴，角锥越小，所以回归反
射性能越好。一般认为靠＝１．９３左右的玻璃微珠
由于光的焦点落在微珠内表面，可得到最优良的回
归反射性能。
２．２．２玻璃内部缺陷