Матовая поверхность

Ма́товая пове́рхность (от нем. matt — «тусклый») — поверхность, на которой имеются микроскопические неровности или поры, размеры которых сравнимы с длинами волн видимого диапазона.

Физические основы

Файл:Матовая поверхность.png

Рис. 1. Матовая поверхность керамической плитки

Рис. 2. Диффузное и зеркальное отражение от плоской поверхности

В отличие от зеркальных поверхностей, матовые (см. рисунок 1) создают диффузное отражение, при котором падающие на поверхность лучи отражаются не только подчиняясь законам зеркального отражения, но и под другими углами, причём диффузно отражённые лучи не обязательно находятся в одной плоскости с падающими (см. рисунок 2).

Матовые поверхности по своей природе разделяют на естественные и искусственные. К естественным матовым поверхностям относят поверхности неметаллов, гипса, оксидов и сульфатов некоторых металлов и др. Искусственные матовые поверхности создаются различными методами на материалах, широко используемых в оптике, например, стёкла, поверхности полупроводников, таких как кремний (Si), германий (Ge), а также для нужд техники и промышленности.

Причиной диффузного отражения являются микроскопические неровности на поверхности, поры, нанесённые тонкие неоднородные плёнки или покрытия. При характеризации оптических свойств поверхности говорят о её микрорельефе.

Микрорельеф, достаточный для того, чтобы поверхность стала матовой и оптически обеспечивала бы диффузное отражение света, должен быть сравним с длиной волны падающего излучения. Характеристикой матовой поверхности служит критерий Рэлея:

$h_{m}<{\frac {\lambda }{8\cos \phi }},$

где $h_{m}$ — высота неровностей микрорельефа, $\lambda$ — длина волны падающего света, а $\phi$ — угол падения световых волн на поверхность.

Поскольку параметры микрорельефа поверхности остаются постоянными, а падающее на диффузную поверхность излучение может иметь разную длину волны, одна и таже поверхность может быть как матовой (диффузно отражающей) для части диапазона спектра излучения электромагнитных волн, так и зеркальной для волн, длина которых не удовлетворяет критерию Рэлея для данной поверхности. Например, матовое стекло может служить зеркальной поверхностью для ИК-излучения, но диффузно рассеивать видимое и ультрафиолетовое.

В случае диффузного отражения от матовой поверхности действует закон Ламберта, согласно которому яркость рассеянного от неё излучения одинакова во всех направлениях с высокой степенью точности. В этом смысле матовые поверхности можно считать ламбертовскими источниками света (хоть и отражённого). Для матовых (диффузно отражающих) поверхностей из закона Ламберта также следует прямая пропорциональность светимости $M$ и яркости $L$ отражённого излучения:

$M=kL$.

Методы получения

Технологии получения матовых поверхностей носят название матирования поверхностей. В технике часто матовой поверхностью называют поверхность, на которой отсутствует глянец. Например, при обработке металлических изделий матовость поверхности достигается механической обработкой мелкозернистыми эластичными кругами, абразивами, специальными пастами, пескоструйными технологиями и др. Таким образом, одним из способов получения матовых поверхностей является механическая обработка.

Химическая обработка поверхностей, а также многочисленные виды травления поверхности (химическое, сухое, электрохимическое, технологическое и др.) служит вторым способом получения диффузных поверхностей. Выбираемый метод зависит от вещества, поверхность которого требуется сделать матовой. Для стёкол это травление фтористоводородной кислотой и другими фтористыми соединениями, для полупроводников (например, кремния) — электрохимическое травление пластин монокристаллов в этаноловом растворе плавиковой кислоты ${\ce {HF}}$. В текстильной промышленности матовость придают химическим волокнам, чтобы полученная из них ткань не блестела и напоминала ткани, полученные из естественных материалов — шёлка, хлопка и т. д.

К химическим способам получения матовых поверхностей относят и нанесение специальных покрытий с последующим термическим отжигом.

Матовые поверхности получают и интенсивным облучением мощного лазерного излучения, а также плазменным напылением металлов.

Отдельная задача создания матовых поверхностей существует в художественной обработке различных материалов — металле, стекле, естественных и искусственных материалах, применяющихся в скульптуре, гравировке, отделке интерьеров, архитектуре, дизайне и др.

Применение

Матовые, диффузно отражающие поверхности применяются в оптике, технике, индустрии, машиностроении, электронике, архитектуре, строительстве, дизайне помещений, искусстве и художественной обработке материалов, микроэлектронике, нанотехнологиях и др.

Литература

• Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — М. : Физматлит, 2003.
• Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. — М. : Наука, 1982.
• Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
• Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.

Ссылки

• ГОСТ 21014 — 88 Прокат чёрных металлов. Термины и определения
• Матирование

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Матовая поверхность», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Матовая_поверхность» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».