«История зеркала» (стр. 3 из 4)

После общего потускнения следующая стадия старения зеркала — фрагментарное почернение (фрагментарное из-за неравномерных деструктивных изменений), постепенно делающее его непригодным для использования: «... войдя, стала, как дома, снимать перед моим серо-серебристым, местами почерневшим зеркалом шляпу» [28].

Мутнеет зеркало потому, что со временем, особенно во влажной атмосфере, слой серебра несколько отходит от стекла, а возникшая при этом прослойка (порой воздушная, а порой и водяная) способствует рассеиванию отраженных лучей. В образовавшийся зазор попадают содержащиеся в атмосфере газы — кислород, сероводород, оксид серы (IV). При этом протекает целый ряд химических реакций, приводящих в конечном счете к образованию черного сульфида серебра — к потускнению зеркала:

4Аg + 2Н₂S + О₂ = 2Аg₂S + 2H₂O

SO₂ + Н₂O D Н₂SO₃;

Н₂S0₃ + 2Н₂S = 3S + ЗН₂O;

2Ag + S=Ag₂S

Чем больше сульфида серебра образуется, тем сильнее светоотражающий слой отходит от стекла и тем активнее идут деструктивные процессы. В итоге на зеркале образуются черные сульфидные пятна и пробелы — результат осыпания разрушенного серебряного покрытия.

Впрочем, зеркало может испортиться не только по химическим причинам, но и по физическим. Стекло — материал хрупкий, и зеркало легко может разбиться.

7. ЗЕРКАЛО, С ФИЗИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ.

7.1. ЧТО ТАКОЕ ЗЕРКАЛО, И ГДЕ ЕГО БЕРУТ?

ЗЕРКАЛО, тело, обладающее полированной поверхностью и способное образовывать оптические изображения предметов (в том числе источников света), отражая световые лучи – Первые сведения о применении металлических зеркал (из бронзы или серебра) в быту относятся к ТРЕТЬЕМУ тысячелетию до нашей эры. В бронзовом веке зеркала были известны преимущественно в странах Древнего Востока, в железном веке получили более широкое распространение. Лицевая сторона металлического зеркала была гладко отполирована, обратная — покрыта гравированными либо рельефными узорами или изображениями; форма обычно круглая, с ручкой (у древних греков часто в виде скульптурные фигуры). Стеклянные зеркала (с оловянной или свинцовой подкладкой) появились у римлян в ПЕРВОМ веке нашей эры; в начале средних веков они исчезли и снова появились только в XIII веке. В XVI веке была изобретена подводка стеклянных зеркал оловянной амальгамой. С XVII века многообразие форм и типов зеркал (от карманных до огромных трюмо) возрастает, обрамления зеркал становятся более нарядными. Часто зеркала служат отделкой стен и каминов в дворцовых интерьерах эпохи барокко и классицизма. В XX века с развитием тенденций функционализма в архитектуре зеркала почти утрачивают декоративную роль и обычно оформляются в соответствии с их бытовым назначением (в простой металлической рамке либо вовсе без обрамления).

7.2. Оптические свойства зеркала.

Качество зеркал тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Максимально допустимая величина микро-неровностей поверхности определяется назначением зеркал для астрономических и некоторых лазерных зеркала она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны λ_min падающего на зеркало излучения, а для прожекторных или конденсорных зеркал может доходить до 10 λ_min

Положение изображения оптического, даваемого зеркалом, может быть определено по законам геометрической оптики; оно зависит от формы поверхности зеркала и положения изображаемого предмета.

7.3. ПЛОСКОЕ ЗЕРКАЛО

Плоское зеркало — единственная оптическая система, которая даёт полностью безаберрационное изображение (всегда мнимое) при любых падающих на него пучках света. Это свойство плоских зеркал обусловило их широкое использование со всевозможными конструктивными целями (поворот светового пучка, автоколлимация, переворачивание изображений и т. д.); такие зеркала входят в состав точнейших измерит, приборов (например, интерферометров).

В оптических системах применяют также вогнутые и выпуклые зеркала Их отражающие поверхности делают сферическими, нараболоидальиыми, эллипсоидальными, тороидальными; применяют и зеркала с поверхностями более сложных форм. Вогнутые зеркала чаще всего (но не всегда) концентрируют энергию пучка света, собирая его, выпуклые — рассеивают. Неплоские зеркала обладают всеми присущими оптическим системам аберрациями, кроме хроматических. Положение изображения предмета, создаваемого зеркала с поверхностью, обладающей осью симметрии, связано с радиусом кривизны зеркала в его вершине О (рис. 1) соотношением: где S — расстояние от вершины О до предмета А, S'— расстояние до изображения А'. Эта формула строго справедлива лишь в предельном случае бесконечно малых углов, образуемых лучами света с осью зеркала; однако она является хорошим приближением и при конечных, но достаточно малых углах. Если предмет находится на расстоянии, которое можно считать бесконечно большим, s' равно фокусному расстоянию зеркала: s' = f' = r/2.

7.4. СВОЙСТВА ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ.

Зеркало должно иметь высокий отражения коэффициент. Большими коэффициентом отражения обладают гладкие металлические поверхности: алюминиевые — в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, серебряные — в видимом и инфракрасном, золотые — в инфракрасном. Отражение от любого металла сильно зависит от длины волны света X: с её увеличением коэффициент отражения К >. возрастает для некоторых металлов до 99 % и более (рис. 2).

Рис. 2 Спектральные коэффициенты отражения металлических пленок.

Коэффициент отражения у диэлектриков значительно меньше, чем у металлов (для стекла с показателем преломления n = 1,5 всего 4 %). Однако, используя интерференцию света в многослойных комбинациях прозрачных диэлектриков, можно получить (в относительно узкой области спектра) отражающие поверхности с коэффициентом отражения более 99 % не только в видимом диапазоне, но и в ультрафиолетовом, что невозможно с металлическими поверхностями. Диэлектрические зеркала состоят из большого (13 — 17) числа слоев двух диэлектриков попеременно с высоким и низким п. Толщина каждого слоя такова, что оптическая длина пути света в нём составляет ¹/4 длины волны. Нечётные слов делаются из материала с высоким п (напр., сульфиды цинка, сурьмы, окислы титана , циркония , гафния , тория), а чётные — из материала с низким п (фториды магния, стронция, двуокись кремния). Коэффициент отражения диэлектрического зеркала зависит не только от длины волны, но и от угла падения излучения.

8. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕРКАЛА

В древности в качестве зеркала использовали полированные металлические пластины. С развитием стеклоделия металлические зеркала уступили место стеклянным, отражательной поверхностью которых являлись тонкие слои металлов, нанесённых на стекло. Первоначально небольшие зеркала неправильной формы получали, наливая в стеклянный сферический сосуд расплавленный металл, который, застывая, образовывал отражающий слой (после охлаждения сосуд разрезали). Первые стеклянные зеркала - значительных размеров изготовляли нанесением на стекло ртутно-оловянной амальгамы. Впоследствии этот вредный для здоровья работающих способ был заменён химическим серебрением, основанным на способности некоторых соединений, содержащих альдегидную группу, восстанавливать из растворов солей серебро в виде металлической плёнки. Наиболее распространённый технологический процесс производства зеркала' серебрением состоит из следующих основных операций: удаления с поверхности стекла загрязнений и продуктов коррозии, нанесения центров осаждения серебра, собственно серебрения и нанесения защитных покрытии на отражающий слой. Обычно толщина серебряной плёнки колеблется от 0,15 до 0,3 мкм. Для электрохимический защиты отражающего слоя его покрывают медной пленкой, соизмеримой по толщине с серебряной. На медную плёнку наносят лакокрасочные материалы — поливинилбутиральные, нитроэпоксидные, эпоксидные эмали, предупреждающие механические повреждения защитного слоя. Зеркало технического назначения изготовляют с отражающими плёнками из золота, палладия, платины, свинца, хрома, никеля и др.

Зеркала изготовляют также способами металлизации стекла катодным распылением и испарением в вакууме. Особенное распространение получает термическое испарение алюминия в вакууме при давлении 6,7*10^-2 – 1,3*10^-3 н/м² (5*10^-4 – 10^{-3 мм} рт. ст.). Испарение алюминия осуществляется со жгутов из вольфрамовой проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности стекла к алюминированию выполняется ещё более тщательно, чем перед химическим серебрением, и включает обезвоживание и обработку электрическим разрядом при значении вакуума 13,3н/м² (10^-1 мл рт. ст.). Толщина алюминиевой плёнки для получения зеркала с максимальной отражательной способностью должна составлять не менее 0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминированные зеркала иногда используются как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями Аl₂О₃, SiO₂, МgF₂, ZnS и др. Обычно же слой алюминия покрывается непрозрачными лакокрасочными материалами, такими же, как и при серебрении. Некоторая неравномерность по спектру и ухудшение отражатся способности алюминированных зеркал по сравнению с посеребрёнными оправданы значит, экономией серебра при массовом производстве зеркала, способами катодного распыления и термические испарения могут быть получены зеркала с плёнками большинства металлов, а также диэлектриков.