Меню

Как алюминий отражает свет



Оптические свойства

Алюминий характеризуется отличными оптическими свойствами. Чистая поверхность алюминия характеризуется отличной отражательной способностью света, тепла и электромагнитного излучения вообще на широком волновом диапазоне. В то же время высокая отражательная способность означает, что обеспечивается незначительное поглощение падающего излучения и, в соответствии с законом Кирхофа, низкая излучательная способность, то есть низкое тепловое излучение. Поэтому алюминий используется для производства рефлекторов и защитных средств для предо теплового излучения и радиационных потерь.

Взаимодействие между материалом и излучением ограничено поверхностью. В последствии свойства значительно зависят от состояния поверхности и качества ее обработки. Часть энергии падающего излучения отражается, остаток поглощается. Отражательная способность обычно зависит от длины волны и от типа и температуры источника излучения.

Особое внимание необходимо обратить на отличную отражательную способность алюминия в приближенном к ультрафиолетовому диапазоне от 0,2 до 0,4 μм (что важно для оборудования, применяемого в радиационной терапии), а также на значительное уменьшение отражательной способности на определенных волнах ультрафиолетового диапазона в результате анодирования, при этом увеличивается поглотительная способность и излучательная способность. Кривые для блестящей и полированной поверхности очищенного алюминия позволяют сравнить свойства алюминия с другими металлам.

Сравнительные значения отражательной и поглотительной способности различных материалов, которые используются в строительстве зависят от температуры и источника излучения. Значения поглотительной способности в диапазоне 10-65°C указывают на значение излучательной способности и позволяют определить тепловые потери на излучение. В таблице приведены значения отражательной способности для фольги.

Отражательная способность и повышение температуры алюминиевой фольги под воздействием тепловых лучей (Источник Alusuisse)

Тип фольги Отражательная способность дневного света(1) Увеличение инфракрасной температуры (2)
Фольга с парчовым тиснениемОкрашенная фольга с матовой поверхностьюФольга с выгравированным именем

Алюминиевая фольга для изоляции с тиснением

77%88%88%

91%

188K131K105K

(1) Отражательная способность измеряется при помощи фотоэлемента в рефлекторе с применением интегрирующего фотометра. В качестве источника света используется лампа с вольфрамовой нитью.
(2) Испытания инфракрасными лучами проводятся в картонной коробке (с основанием 12×22см и высотой 9см), в которую помещается 250-ваттная инфракрасная лампа на расстоянии 7,5см от термометра, который включается на 10 минут. Без покрытия отмечается повышение температуры 104K в течение данного периода времени.

Механическая полировка и химическая или электролитическая обработка поверхности для придания блеска позволяют получить поверхность с высокой отражательной способностью, которая обычно анодируется для предотвращения потерь отраженного света.

При достаточной чистоте материала слой оксида оказывает незначительное воздействие на отражательную способность. Отражательная способность уменьшается с увеличением толщины пленки, однако, чем меньше количество примесей в подложке, тем меньше воздействие на отражательную способность. Для видимого света инородные компоненты (например, Si, Fe2O3 или TiO2), содержащиеся в оксиде, вызывают тусклость поверхности и приводят к понижению зеркальной отражательной способности, но воздействие на общую отражательную способность менее значительно. При тепловом излучении общая отражательная способность полностью не зависит от уровня чистоты. С другой стороны, при этом имеет большее значение толщина пленки, чем для видимого спектрального диапазона, так как повышается поглотительная способность слоя оксида.

Источник

Световые отражатели для прожекторов, светильников

Алюминиевый отражатель с гладкой зеркальной поверхностью хорошо направляет отражаемый свет, но не исключает ослепление.

Световые отражатели для прожекторов, светильников

Материалы, отражающие свет, применяются при производстве отражателей и для изменения направления потока света ламп путем его многократного отражения. По способу распределяемого отраженного потока света отражение может быть

  • зеркальным (направленным),
  • рассеянным (диффузным),
  • направленно-рассеянным
  • и смешанным.

Наиболее важными характеристиками материалов, отражающих свет, следует считать

  • коэффициент отражения,
  • кривая распределения отраженного потока света в пространстве (индикатриса),
  • а в цветных светоотражающих материалах немаловажен такой показатель, как распределение коэффициента отражения в спектре.

Цветные материалы при изготовлении осветительных приборов не применяются, поэтому больше касаться их не станем.

Материалы с направленным и направленно-рассеянным типом отражения представляют собой металлы, обработанные различными методами, или же покрытия из металла на неметаллическом покрытии (в результате, те же металлы). Рассеянное отражение формируют матовая бумага, ткани, большинство красок и эмалей. Смешанным отражением обладают специфические силикатные эмали и блестящие белые материалы (глушеные силикатные материалы, глушеные синтетические материалы, блестящая бумага и др.).

Направленное отражение дает возможность более точно и направленно распределять поток света ламп, создавая тем самым необходимую КСС (кривая силы света). Максимальным коэффициентом отражения из всех очищенных металлов обладает серебро (коэффициент 0,92). Но из-за его высокой стоимости этот металл используется лишь для нанесения тонким слоем на обычные стеклянные отражатели некоторых прожекторов и увеличительных приборов.

Практически уникальным в своем роде материалом с направленным отражением считается алюминий. При качественной полировке его поверхности коэффициент его отражения может превышать 0,8, но алюминий в чистом виде очень быстро тускнеет, окисляясь на воздухе. Из этого вытекает обязательность защиты металла от непосредственного контакта с воздухом. Вариантов выполнения такой защиты металла от быстрого окисления предостаточно.

Самыми известными и чаще всего используемыми методами можно считать альзакирование и электрохимическое полирование (анодирование). Процесс альзакирования заключается в покрытии металлической поверхности тонкой пленкой двуокиси или окиси кремния. Эта тонкая пленка понижает коэффициент отражения, однако полностью блокирует доступ воздуха к алюминию, в то же время укрепляет поверхность металла, делая ее еще твёрже. Процесс анодирования заключается в обработке поверхности металла растворами ортофосфорной кислоты, ангидрида хрома и других элементов под воздействием в то же время электрического тока. В итоге металлическая поверхность становится отполированной и очень блестящей. Под воздействием электричества на алюминиевой поверхности формируется тонкий слой алюминиевой окиси, которая защищает металл от окисления и тусклости.

Мы поможем подобрать светильники на ваш объект

Чем лучше очищен алюминий, тем лучше его показатель коэффициента отражения. Однако алюминий в чистом виде является очень мягким и слишком дорогим материалом, поэтому обычно для производства отражателей применяют материалы с более низкой стоимостью и более высокой твердостью (сплавы алюминия, закаленная сталь, пластик, иногда стекло). Такие материалы покрываются слоем максимально очищенного алюминия, а затем защитным слоем. Чистый алюминий обычно наносится способом его распыления в вакуумной среде, а в качестве защитного слоя применяют кремниевую двуокись, которая распылятся по поверхности алюминия в тех же условиях тем же оборудованием.

Для формирования наилучшего направленного отражения материал, на который наносят алюминий тонким слоем, должен быть качественно отполирован.

Если подложка имеет шероховатости, формируемое материалом отражение будет направленно-рассеянным. Мало того, чем больше на поверхности шероховатостей, тем рассеяннее будет формируемое отражение.

В последнее время многие зарубежные компании, такие как немецкий Alanod или итальянский Saccal, наладили производство алюминия в листах с уже готовой отполированной поверхностью с уже нанесенным алюминиевым слоем максимальной чистоты — 99,99 процентов, на которые нанесен тонкий слой кремниевой двуокиси, а также двуокиси титана. Толщина защитного слоя на таких листах такова, что отраженный от передней и задней поверхностей свет (направленный на воздух и на алюминий) оказывался в противофазе и угасал. Такой метод оптического просветления уже многие годы используется в производстве оптических приборов. С его помощью выпускаются фотоаппараты с голубыми объективами, которые обладают очень высоким коэффициент пропускания, чем подобные объективы с непросветленными (чистыми) линзами. Использование подобных покрытий и максимально чистого алюминия дало возможность достичь коэффициента отражения, равного 0,95.

Металлические листы, которые производятся тем же способом, однако с нанесением слоя серебра, достигают коэффициент отражения 0,98 — на сегодняшний день наивысший достигнутый показатель.

Торговое освещение

По причине того, что основу этих металлических листов составляет не алюминий, а его сплав с улучшенными механическими характеристиками, из этих материалов можно выполнять максимально точные отражатели, сохраняя их форму.

Алюминиевые листы производятся не только с направленным, но и с направленно-рассеянным типом отражения разного качества рассеяния, а также листы с розовыми или золотис¬тыми оттенками. Поверхность таких листов покрывается легко снимающейся пленкой из полимеров для обеспечения из защиты от повреждений и ударов по время перевозки.

Слабой стороной таких алюминиевых листов является отсутствие возможности применения листов для производства отражателей со сложными формами, что обусловлено свойственными этому материалу повреждениями верхнего защитного слоя при вытяжке, а также их довольно высокая цена. Тем не менее в изготовлении осветительных приборов с люминесцентными источниками света этот материал применяется все шире при производстве отражателей и экранирующих зеркальных элементов.

Для изготовления различных материалов с рассеянным отражением применяются краски и эмали из белых пигментационных фрагментов, таких как цинковые окиси, титановая двуокись и др. Эмалями покрывают поверхность отражателей способом распыления сжатым воздушным потоком. Коэффициент отражения качественных эмалей составляет около 0,85.

В осветительных приборах с лампами высокой мощности часто используются особые стеклоэмали, которые обладают зеркально-диффузным отражением смешанного типа. В этих материалах при достаточно небольших углах направления потока света превалирует рассеянное отражение. При увеличенных углах зеркальное отражение повышается, а рассеянное понижается. При этом общий коэффициент отражения увеличивается приблизительно до 85 процентов. Эту характерную черту материалов с отражением смешанного типа нужно принимать во внимание при изготовлении осветительных приборов.

Стеклоэмали обычно наносят на наружную поверхность отражателей из стали, являющихся в то же время и корпусами осветительных приборов. Покрытия из стеклоэмали обладают высокими показателями устойчивости к теплу, стойкости к химическому воздействию, ударопрочности. Это определяет главную сферу использования осветительных приборов с отражателями со стеклоэмалевым покрытием — освещение крупных заводских и производственных помещений.

Отражатель осветительного прибора в большинстве случаев изготавливается из анодированного алюминия. От структуры его поверхности зависит: будет ли свет отражен и направлен или еще и рассеян. Алюминий не является единственным материалом для отражателей.

Источник

Алюминий в качестве отражателя

Истинная величина коэффициента отражения неэкспониро­ванного алюминия может быть получена экстраполяцией кри­вой старения к нулевому времени для каждой длины волны. Результат такой экстраполяции показан на фиг. 1. Здесь же дана спектральная зависимость отра­жения, полученная ранее Баннингом при попытке измерить отражение неэкспонированного алюминия.

Фиг. 1. Спектральная зависимость начального отражения неэкспонированных напыленных пленок алюминия в области длин волн 1026—2000 А.

Таким образом, следует прийти к заключению, что алюминий является действительно «удивительным» материалом при ис­пользовании его в качестве отражателя. Коэффициент отраже­ния его составляет примерно 90% и выше во всем диапазоне волн от ИК области до Х=1400 А, постепенно уменьшаясь до 86% при Х= 1026 А. При Х= 1216 А коэффициент отражения алюминия уменьшается до 40% после 2 часового пребывания на воздухе — за это время образуется слой окисла толщиной примерно 20 А. Отсюда видно, что при определении отражения в области вакуумного ультрафиолета нельзя пренебрегать влия­нием окисных или других загрязняющих пленок, даже если толщина их составляет несколько ангстрем.

Трудно определить оптические постоянные алюминия из кри­вой зависимости отражения от угла падения для длин волн, больших 1000 А. Трудности заключаются как в бы­стром старении, так и в малой чувствительности метода при большом коэффициенте отражения алюминия для нормального падения. Возможно, что для этих целей удастся использовать данные измерения пропускания свеженапыленных пленок алю­миния на подложках из кварца или LiF. В настоящий момент еще нет надежных данных по оптическим свойствам алюминия в диапазоне длин волн 1000—2000 А.

Источник

Читайте также:  Как управлять планшетом свет

Свет и его значения © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.