在生活中我們經(jīng)常會用到各類玻璃制品，例如玻璃窗、玻璃杯、玻璃移門等。玻璃制品兼顧美觀與實用，既能夠憑借晶瑩剔透的外表惹人喜愛，又能夠充分利用其堅硬耐用的物理性能。一些藝術(shù)玻璃甚至?xí)共ＡЬ哂懈嗟膱D樣，增強裝飾效果。本篇文章中我們將介紹如何使透明潔凈的玻璃染上各種顏色。

一、玻璃是如何染色的

        普通的玻璃是用石英砂、純堿和石灰石一起熔煉而成的.它是一種組成不固定的硅酸鹽的混和物.人們先制造出來的玻璃是一些透明度差,帶有一些顏色的小玻璃片.它的顏色并不是人們有意識地加進去的,而是所用的原料不純,混進了雜質(zhì)的結(jié)果.那時的顏色玻璃只是用來做裝飾品,要求不高,人們只是偶然生產(chǎn)出了顏色玻璃.但是我們今天要求的顏色玻璃都有很高科學(xué)要求,這只有在揭開了玻璃帶色的秘密后,才能夠制造出來.

        經(jīng)過研究,人們發(fā)現(xiàn)如果在普通玻璃的配料中加入0.4~0.7%的著色劑,就能使玻璃帶上了顏色.著色劑大多是金屬的氧化物.我們前面已經(jīng)知道了每種金屬元素都有它獨特的“光譜特征”,所以不同的金屬氧化物都能呈現(xiàn)出不同的顏色.如果在玻璃配料中加入這些氧化物就給玻璃著上了色.例如加入氧化鉻(Cr2O3),玻璃現(xiàn)綠色;加入二氧化錳(MnO2),玻璃呈紫色;加人氧化鈷(Co2O3),玻璃呈藍色,煉鋼工人和電焊工人用的保護目鏡就是用這種玻璃制成的.

        其實,玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑,人們還通過熔煉的溫度及爐焰的性質(zhì)來調(diào)節(jié)元素的化合價,使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色.例如玻璃中的銅,如果以高價的氧化銅存在時玻璃顯現(xiàn)藍綠色;以低價的氧化亞銅(Cu2O)存在時,玻璃呈紅色.有時,燒熔一次還不能使玻璃顯示優(yōu)異來,再要進行第二次加熱才能使玻璃顯出顏色.名貴的金紅玻璃就是這樣,它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子燒制成的.初次燒熔后,金以原子形式分布在玻璃中,此時玻璃并不顯顏色;當(dāng)再次加熱到接近軟化的溫度時,其中的金原子聚合成膠狀顆粒,此時玻璃就顯現(xiàn)出了美麗的紅色.

        現(xiàn)在,人們又用稀土元素的氧化物為著色劑制成了各種高等的顏色玻璃.摻有稀土元素的顏色玻璃,色調(diào)明凈,有光亮的色澤,甚至還會在不同的光線下改變顏色.例如氧化釹玻璃中就有這種特性,它在日光下顯紫紅色,在熒光下顯藍紫色,十分美麗.有一種玻璃會隨著光線的強弱而改變顏色,人們用它作眼鏡的鏡片和房屋的窗戶玻璃.用這種玻璃作窗玻璃,室內(nèi)可以保持一定的光亮度,再也用不著用窗簾子來遮陽,所以有人稱它為“自動窗簾”.它又能阻擋陽光中的紫外線通過,圖書館藏書室和博物館裝上這種玻璃以后,可以保護書籍和文物不受紫外線的破壞.

        除稀土元素外,在玻璃中直接添加鎢和鉑,也可以做成變色玻璃.

二、給玻璃上顏色的方法

        向玻璃原料中添加能夠形成著色離子、化合物膠體及金屬膠體粒子的物質(zhì),使之呈現(xiàn)不同顏色的工藝,按照著色機理可分四種類型:

        ①離子著色.是向玻璃料中添加鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Cu)等過渡元素的化合物,以離子狀態(tài)存在于玻璃中,由于它們的價電子在不同能級(基態(tài)和激發(fā)態(tài))之間躍遷,引起對可見光的選擇吸收而著色,如鈷藍、錳紫、鎳綠等顏色玻璃.

        ②化合物膠體粒子著色.是向含鋅(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物(如CdS、CdSe等),在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等,然后在低于退火溫度下進行兩次熱處理,形成CdS、CdSe并生長成非常大的膠體粒子,因光散射而使玻璃著色,如硒紅、鎘黃等顏色玻璃.

        ③金屬膠體粒子著色.是向玻璃原料中添加容易分解成金屬狀態(tài)的氧化物(如金、銀、銅等氧化物),先以離子態(tài)溶解于玻璃中,經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)變成原子態(tài)并聚集、長大成膠體粒子,因光散射引起對可見光的吸收而著色,如金紅、銅紅、銀黃等顏色玻璃等.

        ④半導(dǎo)體著色.是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等著色劑,在可見光區(qū)不出現(xiàn)吸收峰而呈連續(xù)的吸收區(qū),透光區(qū)和吸收區(qū)間是一條坡度很陡的分界線.與前述幾種著色機理不同,其顏色隨CdS/CdSe的比例而變化,如CdS多時接近橙色,CdSe多時呈紅色,而CdTe多時則是黑色,即它們依O2-、S2-、Se2-、Te2-的次序向長波方向移動.根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論,這些陰離子的親電勢依次變小,可依次用較低的能量(可見光附近)的光,就可以將它們的價電子激發(fā)至導(dǎo)帶(激發(fā)態(tài)),使其截短波較限進入可見光區(qū)而導(dǎo)致玻璃著色.

相關(guān)概念

玻璃

        玻璃是非晶無機非金屬材料，一般是用多種無機礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光，屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃，和通過物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。有時把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也稱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃。

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