玻璃視鏡的組成與折射率的關系

新聞發布時間：2013-5-10新聞瀏覽次數：3094新聞作者：錦泰特種玻璃

當光照射到玻璃視鏡時，一般產生反射、透過和吸收。這三種基本性質與折射率有關。視鏡玻璃的折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速度的降低，玻璃視鏡的組成與折射率的關系非常密切。
玻璃視鏡折射率決定于玻璃內部離子的極化率和玻璃的密度。玻璃內部各離子的極化率（即變形性）越大，當光波通過后被吸收的能量也越大，傳播速度降低也越大，則其折射率也越大。另外，玻璃的密度越大，光在玻璃中的傳播速度也越慢，其折射率也越大。
分子折射度越大，玻璃折射率越大；分子體積越大，則玻璃折射率越小。
視鏡玻璃的分子體積標志著結構的緊密程度。它決定于結構網絡的體積以及網絡外空隙的填充程度。它們都與組成玻璃各種陽離子半徑的大小有關。對原子價相同的氧化物來說，其陽離子半徑越大，玻璃的分子體積越大（對網絡離子是增加體積，對網絡外離子是擴充網絡）。
玻璃視鏡的折射度是各組成離子極化程度的總和。陽離子極化率決定于離子半徑以及外電子層的結構。原子價相同的陽離子其半徑越大，則極化率越高。而外層含有惰性電子對（如Pb2+、Bi3+等）或18電子結構（Zn2+、Cd2+、Hg2+等）的陽離子比惰性氣體電子層結構的離子有較大的極化率。此外離子極化率還受其周圍離子極化的影響，這對陰離子尤為顯著。氧離子與其周圍陽離子之間的鍵力越大，則氧離子的外層電子被固定得越牢固，其極化率越小。因此當陽離子半徑增大時不僅其本身的極化率上升而且也提高了氧離子的極化率，因而促使玻璃分子折射度迅速上升。
由于當原子價相同的陽離子半徑增加時分子體積與分子折射度同時上升，前者降低玻璃視鏡的折射率，而后者使之增高，故視鏡玻璃折射率與離子半徑之間不存在直線關系，當原子價相同時，陽離子半徑小的氧化物和半徑大的氧化物都具有較大的折射率，而離子半徑居中的氧化物在同族氧化物中具有較低的折射率。這是因為離子半徑小的氧化物對降低分子體積起主要作用而離子半徑大的氧化物則對提高極化率起主要作用。綜合這兩種效果，故視鏡玻璃的折射率與離子半徑之間呈“馬鞍形”。
Si4+、B3+、P5+ 等網絡形成體離子，由于本身半徑小，電價高，它們不易受外加電場的作用而極化。不僅如此，它們還緊緊束縛周圍的O2-離子的電子云，使O2-離子不易受外電場的作用而極化。鑒于上述原因，網絡形成離子對玻璃視鏡折射率起降低作用。例如在石英視鏡玻璃中除了Si4+離子屬于網絡形成離子外，其余的都是橋氧離子，這兩種離子的極化率都很低，因此石英視鏡玻璃的折射率很小，僅為1.4589。受外電場作用而變形的O2-離子，主要是非橋氧，一般說非橋氧越多，折射率越高。通常提高堿金屬氧化物的含量，可使非橋氧的數量增多，玻璃的折射率即增大。
氟離子的可極化性低于氧離子，F-的分子折射度（2.4）低于O2-的分子折射度（7.0）。因此含有氟化物的視鏡玻璃具有很低的折射率。