8.5无机材料的颜色
8.5.1配位场化学
化合物着色的最重要的来源是过渡族元素
( V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni) 或稀土元素离子(钕、铒、钬
等),它们或出现于固溶体中,或以晶体的固有阳离
子存在。
这些元素在电子占据轨道方面不同于主族元素。如对
于过渡族元素,主要涉及能量很相近的部分添满的 3d
轨道(简并能级)。
当 d轨道上的电子数少时,按照洪德规则,
过渡族元素的原子或离子中有许多未完全充
满的能级,因而电子在 d轨道能级间跃迁就
有可能。
但是在能级完全充满的情况下,则不存在这
种可能性。如果未充满的 d轨道(或 f) 轨道
间的能量间隔处在相当于可见光的能量范围
内,因而电子在这些轨道间跃迁时吸收光子
而产生带色的透射光。
8.5.2着色剂
由于过渡金属离子周围的环境或配位场可能对离子
的吸收特性产生影响, 从而影响产生的颜色, 因此
对于特定的颜色可以用一定的离子组合体或发色团
来得到 。
8.5.3胶态粒子着色
胶态着色剂最常见的有胶体金(红)、银
(黄)、铜(红)以及硫硒化镉等几种。
金属与非金属胶体粒子有完全不同的表现。
金属胶体粒子的着色是由于胶体粒子对光
的散射而引起选择性吸收引起的,决定于
粒子的大小。
非金属胶体粒子的着色主要决定于它的化
学组成,粒子尺寸的影响很小。
如硫硒化镉胶粒的着色有两种观点:
一种是:与 CdS,CdSe的半导特性有关。根据半导体的
能带理论,硒原子中满带的电子比硫原子容易激发到
导带。所以在基体中形成的 CdSx·CdSe(1-x)微晶体的禁
带宽度随 CdSe相对含量的增大而逐渐下降,导致其吸
收极限逐渐向长波方向移动,颜色由黄到橙、红、深
红转变,这一观点在国际上受到重视。
另一观点是:光吸收都是由于一定能量的
光激发阴离子( O2-,S2-,Se2-,Te2-) 上的价
电子到激发态所致。它们的亲电子势的大
小为 O2->S2->Se2->Te2-,故能量较小的光
就能激发它们的价电子到激发态,使其短
波极限进入可见光区,而导致着色。短波
极限波长的位置随它们的亲电子势减小逐
渐向长波转移。故随着 CdS/CdSe比值的减
小,吸收波向长波方向移动。
8.5.4影响色料颜色的因素
( 1) 加入的某些无色化合物如 ZnO,Al2O3等对色调的
改变也有作用 。
( 2) 烧成温度的高低, 通常制品只有正烧的条件下才
能得到预期的颜色效果, 生烧往往颜色浅淡, 而过烧则
颜色昏暗 。 成套餐具, 成套彩色卫生洁具, 锦砖等产品
出现的色差, 往往是烧成时的温差引起的 。 这种色差会
影响配套 。
( 3)气氛对色料颜色的关系很大。某些色料应在规定
的气氛下才能产生指定的色调,否则将变成另外的颜色。
如钧红釉是我国一种著名的传统铜红釉,在强还原气氛
下烧成,便能获得由于金属铜胶体粒子析出而着成的红
色。