超白浮法玻璃与普通浮法玻璃光谱性质的对比分析

龙翔

（贵州省建材产品质量检验检测院 贵阳 550000）

0 引言

超白浮法玻璃和普通浮法玻璃均采用浮法工艺生产的平板玻璃，相对于普通浮法玻璃，超白浮法玻璃在生产工艺上对玻璃中的氧化铁含量进行控制，要求氧化铁含量不大于0.015%，通常控制在0.012%左右，从而使其具备更高的可见光透射比。而正因为此特性，超白浮法玻璃被广泛应用在高档建筑内外装修、高档家具制品、水晶制品、太阳能光电幕墙等处［1］。本文通过测定超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的光谱数据，计算光学性能，对两类玻璃进行多方面的比对分析。

1 试验

本次试验选用的样品为6 mm普通浮法玻璃和6 mm超白浮法玻璃，测试设备为日本岛津制作所生产的SS-3700紫外可见近红外分光光度计。测定两类样品在200～2500 nm波长范围的光谱透射率、反射率，依据GB/T 2680—2021《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》计算其光学性能指标，并观测分析两类样品在不同波长范围内玻璃光谱性质的变化。

2 结果分析

2.1 光学性能指标对比分析

测量得到6 mm超白浮法玻璃（以下简称“超白玻”）和6 mm普通浮法玻璃（以下简称“普白玻”）的光谱透射率、反射率曲线如图1。

图1 超白玻和普白玻的光谱透射率、反射率曲线

取波长范围250～2500 nm的光谱数据，分别计算两类玻璃的光学性能［2］，结果如表1。可知，超白玻的可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比均相对普白玻较高，整体对可见光、太阳辐射和紫外线显现出更好的通透性。遮阳系数高达1.03，意味着厚度为6 mm的超白玻太阳能总透射比甚至还高于厚度为3 mm的普通无色透明玻璃。超白玻的可见光反射比和太阳光直接反射比两个反射指标则与普白玻相差不大。由于玻璃中的氧化铁等物质对光有显著的吸收作用，而超白玻在生产中将氧化铁含量降低至0.015%以下，铬、镍、钴、锰等其它物质含量也相对较少，导致超白玻的太阳光直接吸收比仅有0.01，为普白玻太阳光直接吸收比的十分之一左右。

2.2 光谱数据对比分析

超白玻和普白玻在波长范围200～2500 nm内的光谱透射率、反射率曲线对比如图2。

图2 超白玻和普白玻的光谱透射率、反射率曲线对比

从图2中透射率曲线可以看出，总体来说，超白玻透射率在200～2500 nm整个波长范围内均高于普白玻透射率。在200～300 nm中紫外（MUV）波长范围内，两类玻璃透射率均趋近于0，在300～380 nm近紫外（NUV）波长范围内超白玻和普白玻透射率均从0开始急剧升高至0.891和0.812，接近各自透射率峰值，其中超白玻的透射率急升起点为285 nm波长处，普白玻的透射率急升起点为315 nm波长处。在380～1700 nm可见光及近红外波长范围内，两类玻璃透射率曲线趋势发生了分歧，其中超白玻透射率稳定在0.90左右；而普白玻在535 nm波长时透射率到达峰值0.885，在535～1060 nm波长范围内呈下降趋势，1060 nm波长时达到谷值0.702，在1060～1700 nm波长范围内呈上升趋势，1700波长时达到区域峰值0.820。在1700～2500波长范围内超白玻和普白玻透射率曲线趋势趋于一致，呈缓态下降，2450 nm波长时分别为0.873和0.758。由于普白玻在530～560 nm绿光波长范围内处于透射率波峰，而同时该段波长也位于CIE标准视见函数峰值，故普白玻通常显现为淡绿色。部分关键节点波长透射率如表2。

表2 部分关键节点波长透射率

从图2反射率曲线可以看出，超白玻反射率在200～2500 nm整个波长范围内均略高于普白玻反射率，两者同波长反射率数值相差较小，而两类玻璃反射率曲线变化趋势高度一致。两类玻璃反射率曲线在波长325 nm时为谷值，在325～365 nm近紫外（NUV）波长范围内急剧升高，在365～830 nm波长范围内缓慢升高，830 nm波长时达到峰值，在830～1295 nm波长范围内下降，1295～2500 nm波长范围内趋于平稳。部分关键节点波长反射率如表3。

表3 部分关键节点波长反射率

3 两类玻璃光吸收性差异原因探讨

当光照射至玻璃上时，构成玻璃的各种组分将以不同的方式对入射能量进行吸收，转移到高能态。紫外、可见光、近红外区的光吸收，使玻璃组分的电子能量发生变化，而红外光吸收还伴随离子振动能级的变化。当入射光（交变电磁场）作用于玻璃时，玻璃中的偶极子、分子振子及由核及壳层电子组成的原子产生极化并且跟着振荡。当入射波的频率达到红外波段而与玻璃中分子振子的本征频率相近或相同时，就引起共振而产生红外吸收。当入射波的频率增加到紫外波段，则和介质里的价电子或束缚电子的本征频率重叠，因而有紫外吸收［3］。

一般无色透明的玻璃，其在可见光波段和近红外波段吸收非常少，而在紫外波段会出现一个连续的吸收区，透光区和吸光区之间呈现出一条坡度非常大的分界线，称为吸收极限。光波长小于吸收极限波长被全部吸收，大于吸收极限波长则能全部透过。玻璃中的氧化铁等氧化物能强烈吸收紫外线，使紫外吸收极限向长波方向迁移［3］。如图2透射率曲线中显示，超白玻的吸收极限波长始于285 nm波长处，普白玻的吸收极限波长始于315 nm波长处，也正是因为普白玻中氧化铁等氧化物含量远高于超白玻，导致紫外吸收极限向长波方向迁移造成。

氧化铁是玻璃生产中常用的着色剂之一，在玻璃中铁离子的存在通常表现为Fe2+和 Fe3+两种价态，其价态配位易产生转变。其中Fe2+在500～1050 nm波长范围内，光吸收系数由接近0开始单调递增，对入射光的吸收作用逐步增强，于波长1050 nm处达到峰值，对入射光进行强烈的吸收，其光吸收曲线见图3［4］。

图3 Fe 2+光吸收曲线

这也印证了图2普白玻透射率曲线中，普白玻透射率在535～1060 nm波长范围内呈下降趋势，在1060～1700 nm波长范围内呈上升趋势，谷值位于波长1060 nm处，与Fe2+光吸收的峰值波长1050 nm较为接近。而超白玻在生产制造过程中由于采用了将氧化亚铁转化成氧化铁技术以及积极的避铁除铁技术［5］，使两种价态铁离子含量均远低于普白玻中含量，因此超白玻中Fe2+光吸收带影响较小，在535～1700 nm波长范围内透射率波动不明显。

4 结语

通过以上对超白浮法玻璃和普通浮法玻璃的试验对比，可以得出：

（1）超白浮法玻璃的光透过性高于普通浮法玻璃，光吸收性远低于普通浮法玻璃，光反射性两者相差不大。

（2）超白浮法玻璃中氧化铁等氧化物含量低于普通浮法玻璃，相较于超白浮法玻璃，普通浮法玻璃的紫外吸收极限向长波方向迁移。

（3）超白浮法玻璃在生产工艺中将氧化亚铁转化成氧化铁，并采取积极避铁除铁技术，使玻璃中Fe2+含 量随Fe3+一并降低，避免了普通浮法玻璃中的铁离子对光的吸收作用，增强了可见光及近红外区光透过性。