超白浮法玻璃與普通浮法玻璃光譜性質的對比分析

龍翔

（貴州省建材產品質量檢驗檢測院 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的平板玻璃，相對于普通浮法玻璃，超白浮法玻璃在生產工藝上對玻璃中的氧化鐵含量進行控制，要求氧化鐵含量不大于0.015%，通常控制在0.012%左右，從而使其具備更高的可見光透射比。而正因為此特性，超白浮法玻璃被廣泛應用在高檔建筑內外裝修、高檔家具制品、水晶制品、太陽能光電幕墻等處［1］。本文通過測定超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的光譜數據，計算光學性能，對兩類玻璃進行多方面的比對分析。

1 試驗

本次試驗選用的樣品為6 mm普通浮法玻璃和6 mm超白浮法玻璃，測試設備為日本島津制作所生產的SS-3700紫外可見近紅外分光光度計。測定兩類樣品在200～2500 nm波長范圍的光譜透射率、反射率，依據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窗玻璃參數的測定》計算其光學性能指標，并觀測分析兩類樣品在不同波長范圍內玻璃光譜性質的變化。

2 結果分析

2.1 光學性能指標對比分析

測量得到6 mm超白浮法玻璃（以下簡稱“超白玻”）和6 mm普通浮法玻璃（以下簡稱“普白玻”）的光譜透射率、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

取波長范圍250～2500 nm的光譜數據，分別計算兩類玻璃的光學性能［2］，結果如表1。可知，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普白玻較高，整體對可見光、太陽輻射和紫外線顯現出更好的通透性。遮陽系數高達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反射指標則與普白玻相差不大。由于玻璃中的氧化鐵等物質對光有顯著的吸收作用，而超白玻在生產中將氧化鐵含量降低至0.015%以下，鉻、鎳、鈷、錳等其它物質含量也相對較少，導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 光譜數據對比分析

超白玻和普白玻在波長范圍200～2500 nm內的光譜透射率、反射率曲線對比如圖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整個波長范圍內均高于普白玻透射率。在200～300 nm中紫外（MUV）波長范圍內，兩類玻璃透射率均趨近于0，在300～380 nm近紫外（NUV）波長范圍內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為285 nm波長處，普白玻的透射率急升起點為315 nm波長處。在380～1700 nm可見光及近紅外波長范圍內，兩類玻璃透射率曲線趨勢發生了分歧，其中超白玻透射率穩定在0.90左右；而普白玻在535 nm波長時透射率到達峰值0.885，在535～1060 nm波長范圍內呈下降趨勢，1060 nm波長時達到谷值0.702，在1060～1700 nm波長范圍內呈上升趨勢，1700波長時達到區域峰值0.820。在1700～2500波長范圍內超白玻和普白玻透射率曲線趨勢趨于一致，呈緩態下降，2450 nm波長時分別為0.873和0.758。由于普白玻在530～560 nm綠光波長范圍內處于透射率波峰，而同時該段波長也位于CIE標準視見函數峰值，故普白玻通常顯現為淡綠色。部分關鍵節點波長透射率如表2。

表2 部分關鍵節點波長透射率

從圖2反射率曲線可以看出，超白玻反射率在200～2500 nm整個波長范圍內均略高于普白玻反射率，兩者同波長反射率數值相差較小，而兩類玻璃反射率曲線變化趨勢高度一致。兩類玻璃反射率曲線在波長325 nm時為谷值，在325～365 nm近紫外（NUV）波長范圍內急劇升高，在365～830 nm波長范圍內緩慢升高，830 nm波長時達到峰值，在830～1295 nm波長范圍內下降，1295～2500 nm波長范圍內趨于平穩。部分關鍵節點波長反射率如表3。

表3 部分關鍵節點波長反射率

3 兩類玻璃光吸收性差異原因探討

當光照射至玻璃上時，構成玻璃的各種組分將以不同的方式對入射能量進行吸收，轉移到高能態。紫外、可見光、近紅外區的光吸收，使玻璃組分的電子能量發生變化，而紅外光吸收還伴隨離子振動能級的變化。當入射光（交變電磁場）作用于玻璃時，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生極化并且跟著振蕩。當入射波的頻率達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，就引起共振而產生紅外吸收。當入射波的頻率增加到紫外波段，則和介質里的價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，而在紫外波段會出現一個連續的吸收區，透光區和吸光區之間呈現出一條坡度非常大的分界線，稱為吸收極限。光波長小于吸收極限波長被全部吸收，大于吸收極限波長則能全部透過。玻璃中的氧化鐵等氧化物能強烈吸收紫外線，使紫外吸收極限向長波方向遷移［3］。如圖2透射率曲線中顯示，超白玻的吸收極限波長始于285 nm波長處，普白玻的吸收極限波長始于315 nm波長處，也正是因為普白玻中氧化鐵等氧化物含量遠高于超白玻，導致紫外吸收極限向長波方向遷移造成。

氧化鐵是玻璃生產中常用的著色劑之一，在玻璃中鐵離子的存在通常表現為Fe2+和 Fe3+兩種價態，其價態配位易產生轉變。其中Fe2+在500～1050 nm波長范圍內，光吸收系數由接近0開始單調遞增，對入射光的吸收作用逐步增強，于波長1050 nm處達到峰值，對入射光進行強烈的吸收，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波長范圍內呈下降趨勢，在1060～1700 nm波長范圍內呈上升趨勢，谷值位于波長1060 nm處，與Fe2+光吸收的峰值波長1050 nm較為接近。而超白玻在生產制造過程中由于采用了將氧化亞鐵轉化成氧化鐵技術以及積極的避鐵除鐵技術［5］，使兩種價態鐵離子含量均遠低于普白玻中含量，因此超白玻中Fe2+光吸收帶影響較小，在535～1700 nm波長范圍內透射率波動不明顯。

4 結語

通過以上對超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的試驗對比，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波方向遷移。

（3）超白浮法玻璃在生產工藝中將氧化亞鐵轉化成氧化鐵，并采取積極避鐵除鐵技術，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光的吸收作用，增強了可見光及近紅外區光透過性。