龍翔

（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院 貴陽 550000）

0 引言

超白浮法玻璃和普通浮法玻璃均采用浮法工藝生產(chǎn)的平板玻璃，相對(duì)于普通浮法玻璃，超白浮法玻璃在生產(chǎn)工藝上對(duì)玻璃中的氧化鐵含量進(jìn)行控制，要求氧化鐵含量不大于0.015%，通?？刂圃?.012%左右，從而使其具備更高的可見光透射比。而正因?yàn)榇颂匦?，超白浮法玻璃被廣泛應(yīng)用在高檔建筑內(nèi)外裝修、高檔家具制品、水晶制品、太陽能光電幕墻等處［1］。本文通過測(cè)定超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的光譜數(shù)據(jù)，計(jì)算光學(xué)性能，對(duì)兩類玻璃進(jìn)行多方面的比對(duì)分析。

1 試驗(yàn)

本次試驗(yàn)選用的樣品為6 mm普通浮法玻璃和6 mm超白浮法玻璃，測(cè)試設(shè)備為日本島津制作所生產(chǎn)的SS-3700紫外可見近紅外分光光度計(jì)。測(cè)定兩類樣品在200～2500 nm波長(zhǎng)范圍的光譜透射率、反射率，依據(jù)GB/T 2680—2021《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》計(jì)算其光學(xué)性能指標(biāo)，并觀測(cè)分析兩類樣品在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)玻璃光譜性質(zhì)的變化。

2 結(jié)果分析

2.1 光學(xué)性能指標(biāo)對(duì)比分析

測(cè)量得到6 mm超白浮法玻璃（以下簡(jiǎn)稱“超白玻”）和6 mm普通浮法玻璃（以下簡(jiǎn)稱“普白?！保┑墓庾V透射率、反射率曲線如圖1。

圖1 超白玻和普白玻的光譜透射率、反射率曲線

取波長(zhǎng)范圍250～2500 nm的光譜數(shù)據(jù)，分別計(jì)算兩類玻璃的光學(xué)性能［2］，結(jié)果如表1?？芍?，超白玻的可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比均相對(duì)普白玻較高，整體對(duì)可見光、太陽輻射和紫外線顯現(xiàn)出更好的通透性。遮陽系數(shù)高達(dá)1.03，意味著厚度為6 mm的超白玻太陽能總透射比甚至還高于厚度為3 mm的普通無色透明玻璃。超白玻的可見光反射比和太陽光直接反射比兩個(gè)反射指標(biāo)則與普白玻相差不大。由于玻璃中的氧化鐵等物質(zhì)對(duì)光有顯著的吸收作用，而超白玻在生產(chǎn)中將氧化鐵含量降低至0.015%以下，鉻、鎳、鈷、錳等其它物質(zhì)含量也相對(duì)較少，導(dǎo)致超白玻的太陽光直接吸收比僅有0.01，為普白玻太陽光直接吸收比的十分之一左右。

2.2 光譜數(shù)據(jù)對(duì)比分析

超白玻和普白玻在波長(zhǎng)范圍200～2500 nm內(nèi)的光譜透射率、反射率曲線對(duì)比如圖2。

圖2 超白玻和普白玻的光譜透射率、反射率曲線對(duì)比

從圖2中透射率曲線可以看出，總體來說，超白玻透射率在200～2500 nm整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)均高于普白玻透射率。在200～300 nm中紫外（MUV）波長(zhǎng)范圍內(nèi)，兩類玻璃透射率均趨近于0，在300～380 nm近紫外（NUV）波長(zhǎng)范圍內(nèi)超白玻和普白玻透射率均從0開始急劇升高至0.891和0.812，接近各自透射率峰值，其中超白玻的透射率急升起點(diǎn)為285 nm波長(zhǎng)處，普白玻的透射率急升起點(diǎn)為315 nm波長(zhǎng)處。在380～1700 nm可見光及近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，兩類玻璃透射率曲線趨勢(shì)發(fā)生了分歧，其中超白玻透射率穩(wěn)定在0.90左右；而普白玻在535 nm波長(zhǎng)時(shí)透射率到達(dá)峰值0.885，在535～1060 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì)，1060 nm波長(zhǎng)時(shí)達(dá)到谷值0.702，在1060～1700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，1700波長(zhǎng)時(shí)達(dá)到區(qū)域峰值0.820。在1700～2500波長(zhǎng)范圍內(nèi)超白玻和普白玻透射率曲線趨勢(shì)趨于一致，呈緩態(tài)下降，2450 nm波長(zhǎng)時(shí)分別為0.873和0.758。由于普白玻在530～560 nm綠光波長(zhǎng)范圍內(nèi)處于透射率波峰，而同時(shí)該段波長(zhǎng)也位于CIE標(biāo)準(zhǔn)視見函數(shù)峰值，故普白玻通常顯現(xiàn)為淡綠色。部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)透射率如表2。

表2 部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)透射率

從圖2反射率曲線可以看出，超白玻反射率在200～2500 nm整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)均略高于普白玻反射率，兩者同波長(zhǎng)反射率數(shù)值相差較小，而兩類玻璃反射率曲線變化趨勢(shì)高度一致。兩類玻璃反射率曲線在波長(zhǎng)325 nm時(shí)為谷值，在325～365 nm近紫外（NUV）波長(zhǎng)范圍內(nèi)急劇升高，在365～830 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)緩慢升高，830 nm波長(zhǎng)時(shí)達(dá)到峰值，在830～1295 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)下降，1295～2500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)趨于平穩(wěn)。部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)反射率如表3。

表3 部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)反射率

3 兩類玻璃光吸收性差異原因探討

當(dāng)光照射至玻璃上時(shí)，構(gòu)成玻璃的各種組分將以不同的方式對(duì)入射能量進(jìn)行吸收，轉(zhuǎn)移到高能態(tài)。紫外、可見光、近紅外區(qū)的光吸收，使玻璃組分的電子能量發(fā)生變化，而紅外光吸收還伴隨離子振動(dòng)能級(jí)的變化。當(dāng)入射光（交變電磁場(chǎng)）作用于玻璃時(shí)，玻璃中的偶極子、分子振子及由核及殼層電子組成的原子產(chǎn)生極化并且跟著振蕩。當(dāng)入射波的頻率達(dá)到紅外波段而與玻璃中分子振子的本征頻率相近或相同時(shí)，就引起共振而產(chǎn)生紅外吸收。當(dāng)入射波的頻率增加到紫外波段，則和介質(zhì)里的價(jià)電子或束縛電子的本征頻率重疊，因而有紫外吸收［3］。

一般無色透明的玻璃，其在可見光波段和近紅外波段吸收非常少，而在紫外波段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)連續(xù)的吸收區(qū)，透光區(qū)和吸光區(qū)之間呈現(xiàn)出一條坡度非常大的分界線，稱為吸收極限。光波長(zhǎng)小于吸收極限波長(zhǎng)被全部吸收，大于吸收極限波長(zhǎng)則能全部透過。玻璃中的氧化鐵等氧化物能強(qiáng)烈吸收紫外線，使紫外吸收極限向長(zhǎng)波方向遷移［3］。如圖2透射率曲線中顯示，超白玻的吸收極限波長(zhǎng)始于285 nm波長(zhǎng)處，普白玻的吸收極限波長(zhǎng)始于315 nm波長(zhǎng)處，也正是因?yàn)槠瞻撞Ｖ醒趸F等氧化物含量遠(yuǎn)高于超白玻，導(dǎo)致紫外吸收極限向長(zhǎng)波方向遷移造成。

氧化鐵是玻璃生產(chǎn)中常用的著色劑之一，在玻璃中鐵離子的存在通常表現(xiàn)為Fe2+和 Fe3+兩種價(jià)態(tài)，其價(jià)態(tài)配位易產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。其中Fe2+在500～1050 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光吸收系數(shù)由接近0開始單調(diào)遞增，對(duì)入射光的吸收作用逐步增強(qiáng)，于波長(zhǎng)1050 nm處達(dá)到峰值，對(duì)入射光進(jìn)行強(qiáng)烈的吸收，其光吸收曲線見圖3［4］。

圖3 Fe 2+光吸收曲線

這也印證了圖2普白玻透射率曲線中，普白玻透射率在535～1060 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì)，在1060～1700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)，谷值位于波長(zhǎng)1060 nm處，與Fe2+光吸收的峰值波長(zhǎng)1050 nm較為接近。而超白玻在生產(chǎn)制造過程中由于采用了將氧化亞鐵轉(zhuǎn)化成氧化鐵技術(shù)以及積極的避鐵除鐵技術(shù)［5］，使兩種價(jià)態(tài)鐵離子含量均遠(yuǎn)低于普白玻中含量，因此超白玻中Fe2+光吸收帶影響較小，在535～1700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率波動(dòng)不明顯。

4 結(jié)語

通過以上對(duì)超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的試驗(yàn)對(duì)比，可以得出：

（1）超白浮法玻璃的光透過性高于普通浮法玻璃，光吸收性遠(yuǎn)低于普通浮法玻璃，光反射性兩者相差不大。

（2）超白浮法玻璃中氧化鐵等氧化物含量低于普通浮法玻璃，相較于超白浮法玻璃，普通浮法玻璃的紫外吸收極限向長(zhǎng)波方向遷移。

（3）超白浮法玻璃在生產(chǎn)工藝中將氧化亞鐵轉(zhuǎn)化成氧化鐵，并采取積極避鐵除鐵技術(shù)，使玻璃中Fe2+含 量隨Fe3+一并降低，避免了普通浮法玻璃中的鐵離子對(duì)光的吸收作用，增強(qiáng)了可見光及近紅外區(qū)光透過性。