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云母珠光颜料的光学原理
已阅:2341  2014-3-14
 
透明的云母颜料是汽车和工业涂料中采用的吸引眼球的颜料之一。因其特殊的化学组成产生的干涉现象决定了它们的光学特性。当云母颜料与其它云母颜料或者其它着色颜料混合时,就会发生奇妙的变化。 涂料的混合是一个物理过程,但必须将其与色彩视觉的理论区分开来。然而不幸的是,在配色的过程中,当令人惊讶的结果出现时,人们却经常遗忘这一点。 直到近,汽车厂所采用的绝大多数油漆还是用吸收颜料来生产的。同时,含特殊效果颜料的颜色也在汽车市场上占重要比例并且在车主中很流行,比如那些具有亮丽珠光效果的一些颜色。然而,人们知之甚少的是,特殊效果的油漆混合原理与吸收颜料是截然不同的。
    云母颜料
    透明的珠光颜料是颜料中的新品种,通过干涉作用来达到其色彩效果。它们由云母薄片做基材,外面包覆高折射的二氧化钛涂层。白色光照射到此类型的颜料上时被二氧化钛层部分反射,余下的光 则穿过二氧化钛层抵达云母表面,接着部分光线又被反射,平行于第一道反射光线离开颜料表面。
     云母黄,云母蓝,以及其混合物在25。/140。,45。/120。,75。/95。的干涉的a*b*值。25。/140。测量几何学的连接线显示了颜色变化的方向取决于入射光的角度。
    第二道光线的光波相对与第一道光线会有部分偏移,根据所经过路线的长短不同,偏移大小不同。这个差距可以这么计算:光线穿过二氧化钛涂层所经过的距离减去相同时间内第一道反射光线所传播的距离。如果波峰和波峰叠加,波谷和波谷叠加,将强化光波。在简化的干涉公式中,终反射的颜色是由二氧化钛涂层的膜厚,它的折射率以及入射光入射的角度决定的。 通过在云母上涂覆不同厚度的二氧化钛,可以得到从银白,经过黄色,红色,蓝色,直到绿色。用物理学的术语讲,就是对入射光线进行了选择性的反射。与着色颜料不同的是,这里很少或者几乎没有吸收。同时,对于云母颜料来说,因入射光是可操控的,当不止一个这样的颜料混合的时候,是遵循光的加和原理。举个例子来说,当混合黄色和蓝色的云母颜料时,产生的是白色,而非绿色。
     云母绿,云母红以及其混合物在25。/140。,45。/120。, 75。/95。的干涉的a*b*值。25。/140。测量几何学的连接线显示了颜色变化的方向取决于入射光的角度。当干涉曲线旋转时,颜色变得与角度无关。当观察 角度离光泽角度越来越远的时候,它们基本上集中到一点,当角度差距变大时,也是如此。
    云母颜料的光学特性
    要理解透明云母颜料的混合结果,就必须先描述它们的光学特性。上述的试验是一块用含云母颜料的油漆喷涂的薄的金属片,可以看出大范围的颜色变化。色差计提供了一个精确的方法来测量这些颜色变化。干涉的公式描述了反射颜色与入射光角度有关。  如果维持反射光角度和观察角度之间的差距恒定,改变入射光的角度,测量涂料,其读数就可描绘出该颜料的典型的干涉曲线。进一步测量,则维持入射光线角度不变,改变反射光和观察角度的差异,则可获得该入射光角度下的光泽曲线。
     云母绿,云母红及其混合物的反射曲线显示其通过两个节点振荡。即使以不  同比例混合以上两个颜料,节点也保持相同的位置。对于两个基本色而言,大值和小值相对应。 干涉和色相线描述了云母绿,云母红以及其混合物的光学属性。在45。/120。  测量几何学,光泽和干涉线相交。25。/140。在几何学上被确定为绿色节点。
    如果测量的是一个在白色底材上涂装含云母颜料的油漆,那么在反射光上面30。的位置,可观察到颜料透射的颜色。该透射色是由那些与反射光线相补偿的呈现在颜料侧面的光线所组成。它包含那些与反射光线互补的呈现在颜料侧面的光线。可以感受到的是,该透射色是从白色底材上反射出来的。  干涉的结果是,当入射光源趋于平坦时,反射光的大值向小波长段迁移,而越来越垂直的入射光则导致大值向大的波长段迁移:云母绿在平坦光源下偏向蓝相,在垂直光源下偏向黄相。依此类推,云母蓝,会分别偏向蓝紫或绿相,而云母黄,则偏向绿相或红相。  当云母颜料相互混合的时候,它们遵循加色混合原理。事实上,理想的结果是,1∶1混合时,混合物的a*b*值在CIE Lab 系统中均介于两个基色之间。相反,一个红色着色颜料的色强度是指当该颜料与黄颜料1∶1混合时,红色颜料的颜色仅仅有微小的变化。
    这些现象可以相互融合。一方面,这是一个加法过程,可以通过定义好的测量几何学下的读数来检验。另一方面,因干涉特性而产生的附加现象以及产生的不可思议的结果。例如,在保持角度差异不变的情况下,云母绿Iriodin ?9235在水平入射光下颜色从黄相变到蓝绿相。而云母红Iriodin ?9215,则是相反的结果。当入射光角度趋于平坦时,颜料呈现黄相。两种颜料混合将会把干涉效果低化。即使维持入射角不变而改变观察角,这种现象也不会消失。  加法原理在这里适用,但是干涉也不可忽视。观察起始颜色和混合色的反射曲线,可观察到特征振动节点。而云母绿的大值和云母红的小值就位于两个节点之间。在用于测量干涉的测量几何学中,混合显示了在反射大值处只有较轻微的迁移。
    透明的云母颜料与众不同的混合效果创造出迷人的色彩。这里,它们的光学特性起着特别重要的角色,归功于干涉作用。对于能达到效果的具体估计,比色仪可以提供很好的方式来定义目视效果。如果说颜料生产商要开发新产品的话,期望干涉颜料的品种在不久的将来得到增加。尽管对生产控制,将测量减少到可接受的范围内是至关重要的,但是继续探索所有这些光学特性将仍然意义深远,以期获得由它们所创造的不同凡响的令人瞩目的色彩效果。
 
 
 
 

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