Mengapakah beberapa kaca berbentuk U berubah warna selepas terdedah kepada cahaya matahari?

Sebagai bahan hiasan bangunan yang sangat biasa, kaca berbentuk U, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, bukan sahaja harus memenuhi pelbagai fungsi yang diperlukan dalam reka bentuk seni bina, tetapi juga mempunyai kestabilan dan ketahanan yang baik, dan boleh menahan angin dan matahari sepanjang tahun. Tidak akan ada perubahan yang ketara.

Jadi mengapa kaca berbentuk U berubah warna? Untuk mendapatkan jawapan yang tepat, kami menguji beberapa jenis kaca berbentuk U. Sebelum ujian, pertama sekali kita perlu menjelaskan konsep berikut:

1. Konsep asas
1. Sebab objek kelihatan berwarna
Objek dalam alam semula jadi boleh dibahagikan kepada dua kategori: objek bercahaya dan objek tidak bercahaya mengikut sama ada ia boleh mengeluarkan cahaya. Objek tidak bercahaya dibahagikan kepada objek lutsinar dan legap. Warna badan legap ditentukan oleh naungan yang dipantulkannya; warna badan lutsinar ditentukan oleh naungan yang dihantarnya. Kaca berbentuk U ialah badan lutsinar. Jika kita melihat sekeping kaca berbentuk U kelihatan hijau, ia adalah kerana ia menyerap cahaya merah dan biru, dan akhirnya cahaya hijau memasuki bola mata kita.

Sumber cahaya yang paling biasa dalam kehidupan seharian ialah matahari. Seperti yang kita sedia maklum, spektrum suria terbahagi kepada dua bahagian iaitu cahaya nampak dan cahaya tidak nampak. Panjang gelombang cahaya boleh dilihat ialah 380-780nm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, selepas berselerak, ia dibahagikan kepada tujuh warna: merah, oren, kuning, hijau, biru, biru dan ungu; cahaya tidak kelihatan terbahagi kepada dua jenis, dan panjang gelombang yang lebih besar daripada cahaya merah dipanggil sinar Inframerah, yang mempunyai panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya ungu, dipanggil sinar ultraviolet. Mata kita hanya boleh melihat cahaya yang kelihatan.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, warna kaca-U bergantung kepada warna cahaya yang boleh dilihat yang dihantar oleh kaca-U. Jadi, apakah yang menentukan warna cahaya nampak yang dihantar oleh kaca U? Ia juga bermula dengan komposisi kaca U. Cermin mata dengan komponen yang berbeza mempunyai warna yang berbeza, seperti kaca biasa dan kaca ultra-jelas dalam Rajah 7.

2. Komposisi dan sebab penuaan kaca U
Dalam pengeluaran perindustrian, pasir bahan mentah utama kaca U mengandungi sejumlah unsur besi, dan ion ferus (Fe2 tambah) akan menyerap cahaya yang boleh dilihat dalam jalur biru dan merah, membolehkan lebih banyak cahaya hijau melalui, yang akan menyebabkan ini. Gelas U yang dihasilkan berwarna kehijauan. Untuk mengimbangi kesan kandungan besi yang tinggi pada kaca, sesetengah pengeluar akan menambah pengoksida nadir bumi (serium dioksida) kepada bahan mentah, tetapi ini akan menjadikan kaca kelihatan kekuningan. Untuk mensintesis warna kuning-hijau yang dibawa oleh nadir bumi, sebatian seperti selenium, rubidium atau mangan mesti ditambah, yang boleh menghasilkan ungu atau ungu-merah dalam kaca U, yang sekadar melengkapkan ton kuning [1]. Selepas pelarasan ini, kaca itu bukan lagi "lensa tidak berwarna" yang ideal, tetapi memberikan "warna kabus putih". Walaupun kaca U yang dihasilkan dengan cara ini tidak lagi kehijauan, ia sangat mengurangkan penghantaran cahaya kaca U, menjadikan kaca U tidak lagi lutsinar tetapi putih. Masalah yang lebih serius ialah pengoksida nadir bumi akan terdedah kepada sinaran ultraungu matahari. Di bawah tindakan pendedahan kepada matahari, jika ia digunakan sebagai dinding tirai kaca bangunan atau dinding luar, kaca U akan berubah warna dalam tempoh 1 hingga 2 tahun dan kehilangan kilauan asalnya. Oleh kerana darjah cahaya matahari yang berbeza pada dinding tirai kaca bangunan, perbezaan warna dinding tirai yang sama akan muncul selepas beberapa tahun pendedahan.

"Pesolarisasi adalah fenomena fizikal, yang bermaksud bahawa apabila bahan disinari oleh gelombang elektromagnet bertenaga tinggi, warna akan berubah. Gelombang elektromagnet tenaga tinggi biasa termasuk sinar ultraviolet dan sinar-X, dan bahan biasa yang akan menjalani solarisasi termasuk kaca dan Plastik." - Wikipedia

3. Mengapakah kaca terapung tidak berubah warna?
Kerana kebanyakan dinding tirai bangunan menggunakan kaca terapung putih biasa, tidak perlu menambah oksidan pada bahan mentah kaca, jadi tidak ada perubahan dalam valensi oksidan di bawah tindakan sinar ultraviolet. Kaca terapung ultra-jelas pada asasnya dihasilkan oleh pengeluar kaca apungan yang besar, dan tiada oksidan atau peluntur murah ditambah, jadi jarang sekali bertukar warna selepas pendedahan. Untuk menjimatkan kos bahan mentah, sesetengah pengeluar kaca berbentuk U menambah agen peluntur kaca yang murah, dan perubahan warna kaca tidak dapat dielakkan.

2. Ujian penuaan kaca U
Untuk mengesahkan lagi masalah perubahan warna kaca, kami menguji kaca berbentuk U di pasaran. Terdapat dua perkara utama dalam eksperimen penuaan kaca U dalam eksperimen ini. Satu adalah untuk merealisasikan kesan pendedahan melalui kotak ujian rintangan cuaca UV, dan untuk menua sampel kaca U daripada pengeluar yang berbeza. Kemudian, pemancaran cahaya boleh dilihat dengan panjang gelombang yang berbeza pada setiap kepingan kaca U diukur.

Kami menggunakan tiga jenis sampel kaca U. Selain kaca U yang dihasilkan oleh Appleton (ditandakan sebagai ASG), kami juga membandingkan dua kaca U yang dihasilkan oleh pengeluar kaca U lain di pasaran, masing-masing ditandakan sebagai A dan B. Kami memotong kaca U bagi tiga pengeluar kepada dua kepingan kecil, satu keping telah dipelihara dengan betul sebagai sampel standard, dan kepingan lain dimasukkan ke dalam kotak ujian rintangan cuaca UV. Selepas tempoh tertentu penuaan dipercepatkan, penghantaran cahaya diukur dengan fotometer, dan akhirnya diperolehi Ia boleh mencerminkan tahap penuaan dan perubahan warna kaca U.

1. ruang ujian luluhawa UV
Percubaan ini menggunakan ruang ujian luluhawa UV jenis lampu 313, seperti ditunjukkan dalam Rajah 9, dilengkapi dengan 2 lampu ultraviolet-313 UVB. Cahaya ultraungu gelombang pendek yang dipancarkan oleh lampu UVB-313 adalah lebih kuat daripada sinaran ultraungu suria yang biasanya menyinari permukaan bumi. Dengan cara ini, penuaan bahan boleh dipercepatkan ke tahap yang paling besar. Jumlah cahaya ultraviolet yang disinari setiap 24 jam adalah sama dengan jumlah cahaya ultraviolet yang disinari dalam persekitaran luar selama 3 bulan. Secara analogi, kami menyinari kaca selama 480 jam dan 960 jam masing-masing untuk mensimulasikan 5 tahun dan status Penuaan kaca U selepas 10 tahun.

2. Shimadzu UV-Vis-NIR Spektrofotometer SolidSpec-3700/3700DUV
Dalam percubaan ini, Shimadzu UV-Vis-NIR Spectrophotometer SolidSpec-3700/3700DUV telah digunakan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Shimadzu, sebagai pengeluar instrumen spektroskopi terpenting di dunia, membangunkan spektrofotometer UV-Vis-IR SolidSpec{ {7}}/3700DUV dengan julat ujian yang sangat luas dan SolidSpec-3700/3700DUV menggunakan sfera penyepaduan sebagai unit pengesanan dan menyepadukan 3 pengesanan Instrumen ini berada pada sfera penyepaduan, yang sangat meningkatkan ketepatan pengukuran.

3. Pemprosesan data eksperimen
Selepas melakukan ujian penuaan 960-jam seperti yang diterangkan di atas, kita boleh melukis lengkung pemancaran cahaya berikut. Lengkung biru ialah kaca U yang dihasilkan oleh ASG, dan lengkung kuning dan kelabu ialah kaca U yang dihasilkan oleh dua pengeluar kaca U A dan B.

ASG mempunyai transmisi cahaya keseluruhan terbaik, diikuti oleh A, dan B adalah yang paling teruk. Pada masa yang sama, tidak sukar untuk melihat bahawa penghantaran cahaya jalur merah kaca B adalah jauh lebih rendah daripada jalur biru-hijau, jadi kaca ini akan kelihatan jelas biru-hijau.

Selepas lima tahun sinaran ultraviolet, penghantaran cahaya keseluruhan ASG masih yang terbaik, dan perubahan warna juga kecil. Walau bagaimanapun, kaca U bagi A dan B menunjukkan bahawa penghantaran cahaya yang boleh dilihat dalam jalur berhampiran ungu menurun dengan ketara, yang akan menyebabkan kaca U berubah warna, menunjukkan warna kuning-coklat yang kusam.

Sepuluh tahun kemudian, perubahannya lebih ketara. Pemindahan cahaya cahaya boleh dilihat berhampiran panjang gelombang ultraungu walaupun jatuh daripada carta apabila ia melalui kaca U A. Dengan cara ini, perubahan warna kaca U sudah pasti akan menjadi lebih jelas.

Kita juga boleh melakukan perbandingan data, mengira perbezaan dalam penurunan ketransmisian cahaya setiap kepingan kaca selepas ujian penuaan, dan kemudian melukisnya ke dalam ikon, supaya kita boleh melihat secara intuitif berapa banyak ketransmisian cahaya setiap kepingan kaca. kaca telah berubah berbanding dengan asal selepas penuaan Pelbagai.

Selepas sepuluh tahun penuaan, perubahan transmisi tiga gelas U yang ditunjukkan dalam Jadual 5 adalah serupa dengan dalam Jadual 4, ASG masih mempunyai perubahan terkecil, dan A masih mempunyai perubahan terbesar. Anda mungkin ingin melukis lengkung korelasi A dalam jadual, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 6. Dapat dilihat bahawa ketransmisian cahaya kaca U bernombor A telah menurun dengan ketara selepas 5 tahun pendedahan, terutamanya ketransmisian cahaya dalam jalur berhampiran. cahaya kelihatan ungu mempunyai tebing Dengan cara ini, perubahan warna kaca U pasti akan menjadi sangat jelas.

3. Ringkasan eksperimen
Ringkasnya, tidak sukar untuk mencari bahawa perbezaan utama antara kaca U yang dihasilkan oleh pengeluar yang berbeza adalah ketransmisian cahaya apabila mereka meninggalkan kilang. Kaca U berkualiti baik mempunyai ketransmisian cahaya yang tinggi dan jernih, manakala kaca U berkualiti rendah kelihatan seperti Ia ditutup dengan lapisan kabus putih, dan ketelusannya tidak sesuai. Walau bagaimanapun, selepas bertahun-tahun pendedahan cahaya matahari, penghantaran cahaya akan berubah kepada tahap yang berbeza-beza. Semakin besar nilai perubahan, semakin jelas perubahan warna kaca. Terdapat penilaian yang betul tentang keadaan kaca selepas bertahun-tahun.