光敏玻璃是熔有贵金属离子，特别是铜、银或金的玻璃。光敏玻璃经短波辐射（紫外线）曝光，贵金属离子被还原成原子。玻璃再受热，原子就聚集成较大的微粒，玻璃受辐射曝光的区域则出现可见的有色影像。光敏玻璃通过激活辐射产生的潜影只有在热处理之后才能成为可见影像。该影像在光敏玻璃中产生是基于微粒的凝聚，而不同于暴晒作用之处在于它是一个不可逆过程。暴晒时，玻璃中某些离子的电子迁移到其他原子轨道上，从而导致玻璃受短波辐射而变色。相反，由于高温的作用，光敏玻璃中没有形成及进一步生长的晶核在被曝晒过的玻璃上产生了。而且电子返回它们原来的轨道上致使变色现象中止。

光塑玻璃是一类重要的光敏玻璃。在热处理过程中，缓慢加热使光敏玻璃达到核晶作用发生的温度，金属原子则聚集成较大的分散的胶粒。胶粒的特征颜色使玻璃显色。若晶粒聚集到适度大小，它们则可能相当于玻璃中硅酸盐晶体的非均相晶核，于是就能得到混浊的影像。如果玻璃的成分是经过筛选的，其中以非均相核晶作用聚集的晶相组分若能以显著不同的速度溶解于某种溶液如氢氟酸中，那么就可以通过酸洗来消除“显影”产生的结晶影像，从而得到塑造的浮雕影像。

光敏玻璃的基本成分类似于普通的硅酸盐玻璃。它们不能含氧化铅（PbO）、氧化铊（Tl₂O）等。因为这些氧化物大部分都具有强烈的紫外吸收，它们使得玻璃不能透过短波辐射。B₂O₃或P₂O₅含量较高的玻璃也不适当。因为这些玻璃中的重金属离子，特别是金和银的离子很容易还原并保持为重金属。要使光敏玻璃的质地优良，光敏金属、激活剂和热还原剂是必不可少的三要素。

光敏金属

光敏金属必须能以离子的形式存在于金属之中，同时还容易在玻璃基质中还原。金、银和铜等贵金属都符合这些要求。在适当的氧化气氛中熔融时，金和银在玻璃中成为Au³⁺离子和Ag⁺离子。铜玻璃必须在适度的还原条件下熔融，才能除去蓝色的Cu²⁺离子。若在强还原气氛中熔融铜玻璃，Cu⁺离子被还原为金属铜，玻璃的光敏性则会减弱。由此可见，对于含铜的光敏玻璃，还原条件似乎很苛刻。倘若还原性较弱，玻璃则因含Cu²⁺离子显蓝色，玻璃不具有光敏性。如果还原性太强，Cu⁺离子被还原为金属铜，也会减弱玻璃的光敏性。光敏金属的常用置为：金0.001 ~ 0.05%（重量百分比）；银0.001 ~ 0.3%，铜0.05 ~ 1.0%。温度和熔融条件的控制以期得到较多的某些金属离子为宜。有时还添加0.001 ~ 0.2%的钯，它能与银或金相配合以改变颜色的浓淡。

激活剂

激活剂与一般的光敏物质相比，能吸收波长超过紫外辐射范围的光。激活剂自身被氧化而释放电子，这些电子对光敏元素的活化会产生十分良好的影响，从而增强了玻璃对紫外辐射的光敏性。CeO₂是最重要的激活剂。通常的加入量最多为0.05%。值得注意的是，大量的CeO₂同PbO一样会减弱紫外辐射的穿透能力，因而是不适当的。

热还原剂

人们认为，在光敏玻璃进行热处理的过程中，热还原剂能促进晶核的生长并限制胶粒的大小。最普通的热还原剂有锡和锑的氧化物。其用量最多为0.1%。由于这些物质也吸收紫外辐射，大量加入则可能减弱曝光影像的深度。此外还发现，较高浓度的热还原剂常常导致未曝光部分变色。

有些成分即使少量存在于玻璃中也会影响玻璃的光敏性。最主要的干扰氧化物是Fe₂O₃和TiO₂。随着铁含量的增加，玻璃对紫外——可见光的光敏性会迅速减弱。铁含量为0.03%时，我们可以得到稍微变色的和呈棕红色调的玻璃。据报道，三氧化二砷对玻璃的光敏性也有不良影响。光敏玻璃的性质类似于照相材料。其主要差别只是光敏玻璃要用短波辐射进行曝光。水银弧光灯是较合适的光源。可以用150 W的水银弧光灯，在距离光源10 ~ 30厘米处曝光几秒钟至一小时。曝光时间应根据对影像深浅的要求来决定。

光敏玻璃上通过紫外辐射产生的潜影只有在热处理之后才能成为可见影像。含金的光敏玻璃曝光后统统是无色的，而且没有颜色的变化。含银的光敏玻璃通常显浅黄色，而含铜的光敏玻璃呈现蓝灰色。加热至400°C的过程中，这些颜色变化渐渐消失。当玻璃被加热到所要求的温度时，玻璃上才有图像出现。该温度常高于最高的退火温度（粘度η=10^3.4泊）而低于软化温度（粘度η=10^7.64泊）。热处理温度越高，出现影像的时间则越短。通常控制的温度比软化温度低约150℃，时间为15 ~ 30分钟。

为了促进光敏玻璃中晶核的凝聚和便于分离光敏金属晶核上的结晶相，首先要形成有色影像。然后升高温度，让结晶相的核晶作用可能发生。再继续升高温度，使形成的非均相晶核更加快速地生长，直到产生可见的乳浊度。最后将玻璃放入硫酸和氢氟酸混合液中酸洗。要控制这两种酸的相对浓度及总强度，使其与各种玻璃成分相适应。

光致变色玻璃

近年来，已研制出一类无机玻璃，它们具有可逆变色性或光密度可变性。该性质又称之为光致变色性。通过紫外 - 可见光辐射，可逆光敏玻璃被激活；移去光源，其光密度又恢复原状。该可逆过程不仅对热敏感（热褪色），而且对波长较长的可见光也敏感（光漂白）。光密度变化的程度决定于光谱分布以及射在光色玻璃上总的光能量密度。在320 nm ~ 420 nm之间产生最佳的活化，在550 ~ 650 nm之间发生最好的漂白作用。在较高温度下，热褪色速度会加快。某些光色玻璃在室温下的褪色速度则相应地减慢。

现在认为，玻璃的光致变色性是由微小的卤化银晶体产生的。这些晶体是制造玻璃之时，于非晶相玻璃基质中聚集而成的。照相感光乳剂中也含有卤化银晶体，它们被夹在适当的晶核基质之间。入射光的作用导致卤化银分解生成银和卤素。当晶核基质结构允许时，它们往往会从原来的晶格位置上扩散开去。一般的光学材料在停止辐射之后，扩散的卤素不能再复原，经过适当的化学处理后就形成固定不变的影像。而光色玻璃的晶核基质并不妨碍卤素的扩散。分解生成的卤素被限制在微晶附近。激活辐射一旦停止，它们还能逐渐恢复作用。

激活波长的范围取决于玻璃的化学成分。对于只含氯化物的玻璃来说，最佳的激活波长为350 nm左右。若加入溴化物或碘化物，波长的最好变动是移向长波段。溴化物由350 nm移至550 nm，碘化物最长达到600 nm。

卤化银光色玻璃的一些主要成分列于下表。表中所列玻璃在未曝光状态下是透明的。若受光照射则变暗成为灰色或浅红色。卤化物浓度较大或经热处理生成了平均尺寸较大的微粒时，玻璃是半透明或乳浊状的。透明玻璃中银的最高限量为0.7%。另外一些多价金属的氧化物如砷、锑、锡、铅、铜和镉都能增强光敏性和光色吸收率。但多价金属离子特有的光敏性机理尚未弄清。

一般说来，微粒直径小于50?的玻璃是没有感光性的。对于任何玻璃，升高热处理温度或延长时间，玻璃中微粒的平均数都会减少，而其尺寸却会增大。直径300?以上的玻璃能散射光，由此形成的玻璃则是乳白玻璃。若玻璃中平均直径为100?的微粒占0.2%，那么每立方厘米大约有平均距离为600?的微粒4×10¹⁵个。

值得注意的是，大多数光色玻璃都含混合卤化物。银在玻璃中或者以单一的卤素配合物形式凝聚，或者以混合卤素配合物的形式凝聚。在极个别情况下，银可能与混合卤化物以及玻璃中的氧配位结合。此时玻璃的光致变色灵敏性会发生相应的变化。然而，在这方面仍然存在一些尚未弄清的问题有待人们去探索。

[译自《Chemistry of Glass》]