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光散射材料的研制與開發(fā)狀況探討
（作者未知） 2009/5/8
摘 要：介紹了光散射材料的散射機理、分類、制備方法及國內(nèi)外的進展。
關(guān)鍵詞：光散射；面散射；體散射；共混；共聚
光散射材料是指能夠使光通過而又能有效的散射光的材料。透光率和霧度是評定光散射材料的兩項主要指標。透光率是指透過試樣的光通量和射到試樣上的光通量之比。它是表征透明高分子材料透明程度的一個重要性能指標。霧度，又稱濁度，是透過試樣而偏離入射光方向的散射光與透射光通量之比，是材料內(nèi)部或表面上的不連續(xù)性或不規(guī)則性所造成。通常用霧度的大小來表征材料的光散射強弱。
光散射材料能將點、線光源轉(zhuǎn)化成線、面光源，可以作為面光源材料應(yīng)用指示標牌、廣告招牌、展示櫥窗、投影背墻以及壁掛式均勻照明光源等，也可以作為背光源材料應(yīng)用于液晶顯示，還可以與液晶元件復(fù)合制備高分子分散型散射元件。
1 光散射產(chǎn)生的機理
如果媒質(zhì)的均勻性遭到破壞，即尺度達到波長數(shù)量級的鄰近媒質(zhì)小塊之間在光學性質(zhì)上（如折射率）有較大差異，在光波作用下，它們將成為強度差別較大的次波源，而且從它們到空間各點已有不可忽略的光程差，這些次波相干疊加的結(jié)果，光場中的強度分布將與上述均勻媒質(zhì)情形有所不同，這時，除了按幾何光學規(guī)律傳播的光線外，其他方向或多或少也有光線存在，這就是散射光，即產(chǎn)生了散射。對于不均勻形態(tài)較大的媒質(zhì)，光散射也可看作是反射和折射的綜合結(jié)果。
散射光強除了與入射光的波長、散射角有關(guān)外，還與散射體材料的折射率（N）和機體材料的折射率有關(guān)。目前，關(guān)于散射光強的計算理論，發(fā)展還不十分完善。
計算散射光強，最簡單的近似理論為Rayleigh-Gans-Debye(RGD)理論。對于半徑較大或折射率較大的粒子，要用Mie理論來計算光強。如果粒子達到Mie理論不適用時，就要用傳統(tǒng)的射線光學來處理。下面的公式可以用于聚合物光散射材料散射光強的近似計算：
Iv=KI0R3π3λ0-4(n2B-n2)［1+（8/3）2R2υ2sin2(θ/2)］-2
式中，K為常數(shù)，υ=2π/λ，λ為光在介質(zhì)中的波長，λ0為光在真空中的波長，θ為光散射角，n是介質(zhì)的平均折射率：n=nAVA+nBVB。
2 光散射材料的分類
根據(jù)散射機理的不同可以將光散射材料分為：面散射材料和體散射材料。
傳統(tǒng)的光散射材料大多為面散射材料，采用面散射機理，即將透明板材或其它形狀制品的一個表面(一般為內(nèi)表面)打磨，涂層或?qū)⑵涑尚湍＞叩南鄳?yīng)面做噴砂或刻痕處理，利用它們粗糙的表面來產(chǎn)生光散射。這種材料的一個顯著缺點是：它不能較好地兼顧材料的光散射性和透明性，綜合性能較差。因而大大限制了它的應(yīng)用范圍。
體散射材料多為分散有光散射體的透明合成材料，起散射作用的散射體的尺寸等于或大于可見光波長。這種材料應(yīng)用了整體散射機理：即材料的內(nèi)部與表面均起散射作用，能夠很好地克服面散射所固有的弱點，制品具有高的光散射性，較好的透明性及優(yōu)異的綜合性能。目前，它已成為一種新型的背光源材料，逐漸在許多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)光散射材料，并進一步擴展了新的應(yīng)用領(lǐng)域如液晶顯示等。
另外，還有一種體-面散射材料，由產(chǎn)生體散射的基板和涂覆在基板上的能夠產(chǎn)生面散射的表面組成，即將消光顆粒與涂料共混，涂覆在基板表面，利用涂層的收縮形成表面微結(jié)構(gòu)，同時消光顆粒導(dǎo)致了涂層的光學非均一性，產(chǎn)生光散射。
3 光散射材料的制備
3.1 面散射材料的制備方法
通過對透明的基體材料表面進行磨砂處理，或利用特殊的成型模具或浮雕輥得到浮雕或噴砂效果的表面，利用材料表面的粗糙度得到散射效果；也有以表面凸凹起伏的高分子材料制備，巧妙設(shè)計表面的波紋實現(xiàn)材料的散射效應(yīng)。面散射材料的制備方法存在著顯著的缺點：一方面，散射光的量取決于刻痕和劃痕等的數(shù)量及分布，使散射發(fā)生的不均勻，另一方面折射率和透光率不易控制。
3.2 體散射材料的制備方法
體散射材料的制備方法大致分為兩種：聚合法和共混法。
3.2.1 聚合法
利用折光率有一定差異、相容性不太好的聚合物單體共聚合或采用分段聚合來制備光散射材料。具體又可分為以下幾種情況：
①將一種單體混合分散于透明的基體中，使單體聚合，生成的聚合物作為散射體，其折射率不同于透明基體的折射率，因而入射光產(chǎn)生光散射。
②將一種單體混合分散于一種透明材料中，使單體聚合，生成的聚合物作為基體，其折射率不同于透明材料，進而材料產(chǎn)生光散射。
③散射體材料是無機粒子或有機粒子，將散射體粒子分散于基體單體中，使單體聚合生成聚合物基體。（未完，下一頁）
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