在材料的光学性能评价中,经常会涉及到光泽度和折射率这两个概念,它们都与光线在材料表面的相互作用有关。那么,材料光泽度与折射率之间存在什么样的关系?本文对材料光泽度与折射率之间做了简要的介绍。

光泽度描述的是试样的镜面反射通量与同一条件下标准板的镜面反射通量之比。而材料的光泽度与材料种类、表面粗糙度等直接相关。
对于光泽度的测试,一般按照ASTM D523-2008标准,使用光泽度测试仪对不同样板进行光泽度测试,镜面板的测试角度为20°和60°。每次测试5个标准板,结果取算术平均值。
当一束光从空气照射到一个物体上,在界面处,光会发生透射、镜面反射、漫反射、散射、吸收等过程。其中镜面反射和漫反射比例与表面粗糙程度直接相关。而总反射量占入射光的量比例,即反射率r是由Fresnel关系式得到,其表达式为:r=(n2-n1)2/(n2+n1)2。式中,n1、n2为两种介质的折射率。
入射光在空气中入射,则按照上式可以简化为:r=(n2-n1)2/(n2+n1)2=(n2-1)2/(n2+1)2=[1-2(n2+1)]2。可以得出,随着n2增加,反射率增加,即证明了随着材料折射率的增加,材料的光泽度增加。
ASTM D523-2008中明确指出了:在规定光源入射角度下,样品在镜面反射方向的镜面反射量与标准板在该镜面反射方向的镜面反射量之比,即为光泽度。光泽仪中标准板是一块折射率为1.567的抛光黑色玻璃,在人射角度为20°和60°时,设定其镜面光泽度值为100。
有研究者提出,当样品折射率差异不大时,光泽度和折射率有一定的线性关系。与抛光黑色玻璃标准板对比,折射率每提高0.001,在20°、60°、85°三个角度下的光泽度分别提高0.27、0.16、0.0167。即,一个粗糙程度与标准板一致的样板,20°和60°的光泽度满足分别满足下式:
Gloss(20°)=270n-323.09
Gloss(60°)=160n-150.72
式中,Gloss(20°)和 Gloss(60°)分别是20°和60°的理论光泽度;n为基材的折射率。
不难发现,当材料折射率等于1.567时,20°和60°的光泽度相同;当折射率小于1.567时,20°的光泽度小于60°的光泽度;当折射率>1.567时,20°的光泽度大于60°的光泽度。