科普 | 透光功能復合材料

科普 | 透光功能復合材料 約會關係 第1張

光功能復合材料是具有光學或光電功能特性的復合材料,它可以由具有光功能特性的功能體與普通基體或具有光功能特性的基體復合而成。光與固體材料相互作用時,會導致電子極化或者電子能態轉變,發生透射、反射、散射和吸收等過程,導致材料的光學性能發生變化。其中研究和應用較為廣泛的有透光功能復合材料、電致發光功能復合材料、電致變色功能復合材料和光電轉換功能復合材料等。由於功能特性不同,所涉及的光功能組分及其基體也有不同。

隨著世界各國對環境保護的重視以及人們環保意識的增強,發展長壽命、低成本、良好的環境親和性的高性能智能材料已是大勢所趨,開發具有采光、調光、聚光、蓄光、光電轉換、熱電轉換等多種功能/智能特性的新型光功能復合材料將成為重要研究方向之一。

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透光功能復合材料

透光功能復合材料主要指玻璃纖維增強透明基體的復合材料,其透明基體可以是透明的聚合物、玻璃、單晶或玻璃陶瓷等。其中,透明的玻璃纖維增強復合材料按樹脂種類可分為不飽和聚酯、丙烯酸酯類樹脂等;按纖維種類可分為玻璃纖維氈(各向同性)、單向布或無捻方格布(各向異性)等。常用的采光制品可以分為三類:

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平板及波形板

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夾層結構采光板

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殼體結構采光罩。

設計高性能透光功能復合材料的關鍵之一是控制復合材料中各組分的散射強度。散射是發生在材料內部折射率改變的界面上的光反射。這些界麵包括材料內部的相界面、表面、裂紋等。材料中的雜質和組分波動亦是產生散射的重要原因之一。散射除會導致光損耗外,還對復合材料的透明性產生重要影響。

透光復合材料的設計主要需滿足光學性能要求,因此一般需考慮以下幾點:

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(1) 通過匹配光功能復合材料各個組分的折射率可以獲得高透明性,組分折射率越接近,透明性越好;

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(2) 減少復合材料中各相粒子尺寸至100nm以下,也能使復合材料接近透明;

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(3) 復合材料成型加工過程中產生的取向及各向異性,將會明顯改變折射率,從而對復合材料的光學透明性或其他光學性能產生不利影響;

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(4) 光功能復合材料應盡量避免雜質摻入。其驗證主要是測試其透光率是否滿足要求,其次再考慮其力學性能及其他性能(如耐老化性能)。

透光功能復合材料是一種非均質透光材料,結合了透光材料和結構材料的特點,具有比普通玻璃更優異的力學性能,可以制成各種采光制品,代替玻璃等普通采光材料,除大量用於溫室頂板外,也可用於建築物采光、工業防護罩、照明燈具擋板等,但需要改善其阻燃性能。因此如何使樹脂基體的光學性能與玻璃纖維相匹配,同時兼顧復合材料的力學性能、阻燃性、耐老化性、色澤等其他性能是其研究方向之一。

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