光與顏料的關(guān)系和相互作用
顏料與光的相互作用和關(guān)系
顏料光學(xué)外觀的決定性因素是它與人眼可見光譜范圍(約400-750nm)內(nèi)的光的相互作用。對(duì)于最重要的顏料類別,應(yīng)考慮以下相互作用。
顏料類別及其所依據(jù)的光學(xué)效應(yīng):
顏料類別 | 光學(xué)效應(yīng) |
白色顏料 | 顏料顆粒對(duì)可見光的非選擇性散射 |
彩色顏料 | 顏料顆粒對(duì)可見光的選擇性吸收與光散射相結(jié)合 |
黑色顏料 | 顏料顆粒對(duì)可見光的非選擇性吸收 |
效果顏料 | 主要是二維和排列的金屬(金屬效果顏料)或高折射率的透明顏料顆粒(珠光顏料)對(duì)可見光的定向反射,或干涉現(xiàn)象(干涉顏料) |
發(fā)光顏料 |
這些顏料吸收輻射并將其作為具有時(shí)間延遲(磷光)或無(wú)時(shí)間延遲(熒光)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光發(fā)射的能力
|
下圖提供了使用嵌入在應(yīng)用介質(zhì)中的顏料顆粒的這種相互作用的比較說(shuō)明,有色顏料中由于光的吸收而產(chǎn)生的顏色源于可見光與顏料的價(jià)電子的相互作用,這些價(jià)電子被視為固體,所涉及的元素(陽(yáng)離子和陰離子)、它們的氧化態(tài)或電子構(gòu)型以及各自的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)特定的吸收具有決定性作用,由此衍生的顏料的特殊電子結(jié)構(gòu)是不同能態(tài)之間電子躍遷的基礎(chǔ),因此也是吸收某些波長(zhǎng)光和形成顏色的基礎(chǔ)。


顏料光學(xué)特性之間的基本關(guān)系可以在四個(gè)理論考慮的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合討論:
●洛倫茨-米理論
●多重散射理論
●庫(kù)貝爾卡-蒙克理論
●比色法
米氏散射(Mie)或洛倫茲-米氏散射(Lorenz-Mie)是指電磁波在球形物體上的彈性散射,例如應(yīng)用介質(zhì)中的顏料顆粒,其直徑近似于輻射的波長(zhǎng)。這種散射可以用洛倫茲-米理論進(jìn)行物理描述。米氏散射(Mie)產(chǎn)生廷德爾效應(yīng)[5,6]。
多重散射理論是一種數(shù)學(xué)形式,用于描述波通過(guò)散射體集合的傳播,例如應(yīng)用系統(tǒng)中的各種顏料顆粒。
庫(kù)貝爾卡-蒙克(Kubelka-Munk)理論描述了著色體系(如漆膜或涂料)的光吸收和散射特性。
比色法關(guān)注的是人類顏色感知的量化和物理描述。它類似于分光光度法,但其具體目的是將光譜降低到色彩感知的物理相關(guān)性,主要是CIE 1931 XYZ色彩空間的三刺激值和相關(guān)參數(shù)。
下圖顯示了顏料和顏料體系的光學(xué)特性及其理論原理之間的關(guān)系,通過(guò)使用這四種基本方法,反射光譜和光譜反射因子曲線幾乎可以完全從物理參數(shù)和關(guān)系中推導(dǎo)出來(lái)。


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