玻璃的顏色是怎么形成的

      在玻璃 這個種類繁多的大家族中，除了我們日常生活中經常看到的無色透明的玻璃，還有許許多多的彩色玻璃，有黑色的玻璃，如小汽車的車窗玻璃就是紫黑色的，有藍色的建筑玻璃等。在交通十字路口，交通信號燈要有紅、黃、綠三種顏色的玻璃作燈罩；節日歡慶的夜晚處處張燈結彩，現在人們多用彩色燈泡（多是用各種顏色的玻璃制造的）來裝飾節日盛貌；拍一張藝術照片得在照相機鏡頭上套上一定顏色的濾色鏡片，它具有不同深淺的黃、紅、藍、綠等顏色；駕駛員、野外工作人員、煉鋼工人、電焊工人要載不同顏色的保護目鏡，一臺感人肺腑的戲劇，如果沒有五光十色的燈光配合，演出的效果將大為遜色；在音樂強勁的舞廳中，如果沒有激光亂轉的各種色調，就會使音樂動感的氛圍減弱。
　　這些美麗的玻璃色是怎么來的呢？
　　普通的玻璃是用石英砂、純堿和石灰石一起熔煉而成的。它是一種組成不固定的硅酸鹽的混和物。人們最先制造出來的玻璃是一些透明度差，帶有一些顏色的小玻璃片。它的顏色并不是人們有意識地加進去的，而是所用的原料不純，混進了雜質的結果。那時的顏色玻璃只是用來做裝飾品，要求不高，人們只是偶然生產出了顏色玻璃。但是我們今天要求的顏色玻璃都有很高科學要求，這只有在揭開了玻璃帶色的秘密后，才能夠制造出來。
　　經過研究，人們發現如果在普通玻璃的配料中加入0.4～0.7％的著色劑，就能使玻璃帶上了顏色。著色劑大多是金屬的氧化物。我們前面已經知道了每種金屬元素都有它獨特的“光譜特征”，所以不同的金屬氧化物都能呈現出不同的顏色。如果在玻璃配料中加入這些氧化物就給玻璃著上了色。例如加入氧化鉻（Cr2O3），玻璃現綠色；加入二氧化錳（MnO2），玻璃呈紫色；加人氧化鈷（Co2O3），玻璃呈藍色，煉鋼工人和電焊工人用的保護目鏡就是用這種玻璃制成的。
　　其實，玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑，人們還通過熔煉的溫度及爐焰的性質來調節元素的化合價，使玻璃呈現不同的顏色。例如玻璃中的銅，如果以高價的氧化銅存在時玻璃顯現藍綠色；以低價的氧化亞銅（Cu2O）存在時，玻璃呈紅色。有時，燒熔一次還不能使玻璃顯示出色來，再要進行第二次加熱才能使玻璃顯出顏色。名貴的金紅玻璃就是這樣，它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子燒制成的。第一次燒熔后，金以原子形式分布在玻璃中，此時玻璃并不顯顏色；當再次加熱到接近軟化的溫度時，其中的金原子聚合成膠狀顆粒，此時玻璃就顯現出了美麗的紅色。
　　現在，人們又用稀土元素的氧化物為著色劑制成了各種高級的顏色玻璃。摻有稀土元素的顏色玻璃，色調明凈，有光亮的色澤，甚至還會在不同的光線下改變顏色。例如氧化釹玻璃中就有這種特性，它在日光下顯紫紅色，在熒光下顯藍紫色，十分美麗。有一種玻璃會隨著光線的強弱而改變顏色，人們用它作眼鏡的鏡片和房屋的窗戶玻璃。用這種玻璃作窗玻璃，室內可以保持一定的光亮度，再也用不著用窗簾子來遮陽，所以有人稱它為“自動窗簾”。它又能阻擋陽光中的紫外線通過，圖書館藏書室和博物館裝上這種玻璃以后，可以保護書籍和文物不受紫外線的破壞。
　　除稀土元素外，在玻璃中直接添加鎢和鉑，也可以做成變色玻璃。
　　普通的顏料因受陽光中的紫外線的照射或者空氣中的氧氣和二氧化硫的作用而退色；但顏色玻璃因為起著色作用的金屬等氧化物已與玻璃熔為一體，所以能經得起日曬雨淋而永葆其美麗的青春容顏。隨著科技的日益發展，顏色玻璃的品種將會越來越豐富多彩，我們的生活也會因為它的點綴和裝飾而變得多彩多姿。
　　簡單說，通過吸收、反射、透過某種特定波長的光線，而呈現不同顏色的玻璃。主要用于建筑物中公共設施的門窗及內、外裝修的飾面材料。玻璃著色有料著色和表面著色兩種工藝。
　　料著色
　　向玻璃原料中添加能夠形成著色離子、化合物膠體及金屬膠體粒子的物質，使之呈現不同顏色的工藝，按照著色機理可分四種類型。
　　①離子著色。是向玻璃料中添加鈷（Co）、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Cu)等過渡元素的化合物，以離子狀態存在于玻璃中，由于它們的價電子在不同能級（基態和激發態）之間躍遷，引起對可見光的選擇吸收而著色，如鈷藍、錳紫、鎳綠等顏色玻璃。
　　②化合物膠體粒子著色。是向含鋅(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物（如CdS、CdSe等）,在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等，然后在低于退火溫度下進行兩次熱處理，形成CdS、CdSe并生長成較大的膠體粒子,因光散射而使玻璃著色，如硒紅、鎘黃等顏色玻璃。
　　③金屬膠體粒子著色。是向玻璃原料中添加容易分解成金屬狀態的氧化物（如金、銀、銅等氧化物），先以離子態溶解于玻璃中，經熱處理轉變成原子態并聚集、長大成膠體粒子，因光散射引起對可見光的吸收而著色，如金紅、銅紅、銀黃等顏色玻璃等。
　　④半導體著色。是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等著色劑，在可見光區不出現吸收峰而呈連續的吸收區，透光區和吸收區間是一條坡度很陡的分界線。與前述幾種著色機理不同，其顏色隨CdS/CdSe的比例而變化，如CdS多時接近橙色，CdSe多時呈紅色,而CdTe多時則是黑色,即它們依O2-、S2-、Se2-、Te2-的次序向長波方向移動。根據半導體能帶理論,這些陰離子的親電勢依次變小,可依次用較低的能量（可見光附近）的光，就可以將它們的價電子激發至導帶（激發態），使其截短波極限進入可見光區而導致玻璃著色。
　　用于建筑中的大塊顏色玻璃，可以采用平板玻璃的生產工藝制造,也可以與無色玻璃或其他顏色的玻璃“套色”生產顏色玻璃。
　　表面著色
　　是在玻璃表面涂敷金屬、金屬氧化物等，形成透明、半透明或不透明的顏色涂層。用化學熱分解法在玻璃表面涂SnCl4、FeCl3，可分別制得藍色的SnO2膜和金色的Fe2O3膜。用真空蒸發、真空陰極濺射、反應濺射等方法,可以制得如金、銀、銅等金屬膜或In2O3、SnO2、TiO2等金屬氧化物膜，因膜層厚度和折射率不同，可形成不同顏色的干涉膜和反射膜。在浮法玻璃生產線中可以用電浮法或采用熱噴涂法，制成表面著色的顏色玻璃。還可以用印刷或噴涂玻璃色釉等，制成釉面玻璃。