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前面提到菲涅耳反射跟物体折射率的关系，以及与颜色关系的思考，现在我们了解下折射率的问题。 折射现象 折射是指当光线穿过透明媒介时产生偏折。如果你把手伸入水中，或者透过眼镜的镜片看自己的手，你就会注意到水和玻璃使正常的光的路径发生了扭曲和弯折。 光在玻璃和水中会弯折的原因在于光在进入一个密集、透明的媒介时会放慢速度。光在真空中的速度永远保持一致，但穿透玻璃或者水的光必须穿过上万亿个原子，因此速度就变慢了。（光在真空中的速度除以光在该介质中的速度，所得的数值为折射率。由于光在玻璃中减速，因此玻璃的折射率永远大于1.0。）例如，真空的折射率是1.0，空气是1.0003，玻璃是1.5，钻石是2.4。通常，媒介密度越高，弯折的度数越大，于是折射率也越大。 折射率似乎和物体的密度有关，因为光经过光密介质速度会下降，物体密度越高，光的速度下降越多，但是折射率与密度的这种线性关系，只有当同一种介质在不同的温度和压力下才会出现这种情况，而其他情况都不合适。 折射率常见的实例之一就是海市蜃楼。当你在炎热的日子里开车并直视地平线时，道路看起来可能像是有微光闪烁，形成波光粼粼的湖面的幻象。在沙漠中，人们有时能看到远处的地平线上有城市和高山的轮廓，这是因为从沙漠或道路上升起的炙热空气的密度低于正常空气，因而折射率比周围较冷的空气低，这样，来自远方物体上的光线就会从道路上折射到眼中，造成正在看着远方事物的假象。 在光的折射过程中，确定折射光线方向的定律。由荷兰科学家斯涅耳（Willebrord Snell van Roijen，1580—1626）在1618年首先发现，故亦称“斯涅耳定律”。一般说来，光从一种介质射到另一种介质平滑界面（反射面）时，一部分将被界面所反射，另一部分将进入界面而在另一介质中发生折射。 不同波长的光的折射率不同 在牛顿时代，已经知道白色光束一旦发生折射分离，成为七种色光，分离后的色光不会因外界影响而发生改变，无论是通过棱镜再次折射还是用平面镜再次反射，都不会发生进一步分离现象。艾萨克·牛顿发现，分离后的色光，无论采取什么方式，虽然光亮强度会有变化，但色光的颜色或折射率都不会发生改变。
正因为相同的一块棱镜对不同波长的光的折射率不同，才能让不同颜色（不同波长的光）分离出来，所以严格来说，要说一个物体的折射率，要指定说多少纳米波长的折射率，如下图所示，是金红石钛白粉（TiO2 - Rutile）对不同波长的折射率，横坐标是波长，纵坐标是折射率，金红石钛白粉（TiO2 - Rutile）对不同波长的折射率是不同的。所以我们可以说，金红石钛白粉（TiO2 - Rutile）, 它在632.8 纳米波长的折射率为2.874。
但通过上图发现，其实金红石钛白粉（TiO2 - Rutile）对可见光（400~700nm）波长的折射率比较均匀，我们也可以用一个平均折射率来说明这个物体对可见光的折射率。 测固体材料折射率测试方法概述 （1）利用界面特征测试
比如对已镶嵌好的玉石和没有抛光面或点的玉石原料，其折射率值不能用折射率仪来测定，办法是用已知折射率的浸液来估计。几种常用浸液的折射率值下表，测定时，先将适量浸液倒入下垫白纸的小烧杯中，然后将待测玉石放入小烧杯内。如果玉石与浸液的折射率不一致，应换浸液，直到当玉石放入油液后，轮廓变成模糊不清为止，这时玉石的折射率便与浸液的折射率值近似，由此，便获得了玉石的近似折射率值。
（2） 依据折射定律测试折射率 精密测角仪法：光线穿过三棱镜， 出射方向决定于入射方向、棱镜顶角、材料折射率等， 故测得出射角（ 与出射方向相关） 及其他相关夹角， 即可求得折射率值。一般用分光计测试角度大小。根据此原理设计的方法主要包括最小偏向角法、直角照准法、 垂直入射法、 自准直法等、 Ｖ 棱镜法等，是传统的、应用广泛的高精度折射率测试方法。
（3） 依据全反射定律测试折射率 光从光密介质入射到光疏介质时，折射角等于 90°时的入射角称为全反射临界角（简称临界角），据折射定律有： Nsinθ ＝ nsin90° ＝ ｎ 式中：Ｎ—光密介质折射率值， θ—临界角， ｎ—光疏介质折射率值。若光密介质折射率值 Ｎ 已知， 测得临界角值即可得光疏介质折射率值 ｎ。
（4） 利用反射光强度计算折射率
n=(1+R^0.5)/(1-R^0.5) 【前提是介质不吸收光线能量，如果能吸收部分，那么厚度的影响就很大，尽量减少厚度的影响，就尽量取薄片测量。】 （5） 激光照射干涉法 利用激光照射产生干涉现象的来计算光在待测物体中产生的偏移位置， 利用这个原理测量折射率的方法有迈克尔逊干涉仪测量法、激光照射法、衍射光栅法、光纤杨氏干涉法、ＣＣＤ 测量法、电光调制法等。 如何实现低反射 在太阳能面板中，为有效利用太阳光线，需要降低对阳光的反射率，前面知道玻璃虽然很透，但其实表面有4%的反射，这已经是很大的浪费。 美国科学家发明了一种涂层，将5层纳米棒堆叠在一起，每一层都具有不同的折射率（从最底层的2.03到顶层的1.05），从而将纳米棒涂层的反射率降为0.1％。这种涂层可以应用在发光二极管和太阳能电池上，有助于提高这些设备的功效。
利用一种折射率与空气非常接近的材料，研究人员发明了一种几乎不反射光线的涂层
成层排布的纳米棒，每一层都具有不同的折射率，可以在一定的波长范围内完全消除反光。 类似的技术应用在蛾眼膜，也是通过多层不同折射率层实现低反射。
贴了这种膜的显示器表面就没有明显镜面，如下图的左面。
高折射率TiO2的应用 低的折射率有低的反射光，有其应用空间，但前面提到了金红石钛白粉（TiO2 - Rutile）折射率超过2.8了，也有属于它的应用，比如在防晒化妆品中。 防晒化妆品是指具有屏蔽或吸收紫外线作用，减轻因日晒引起皮肤损伤、黑素沉着及皮肤老化的化妆品。防晒剂的种类很多，大体可分为两类：物理性的紫外线屏蔽剂和化学性的紫外线吸收剂。其中的物理性紫外线屏蔽剂，也称无机防晒剂，这类物质不吸收紫外线，但能反射、散射紫外线，用于皮肤上可起到物理屏蔽作用，如二氧化钛、氧化锌、高岭土、滑石粉、氧化铁等。其中二氧化钛和氧化锌已经被美国FDA列入批准使用的防晒剂清单之中，认可其物理屏蔽作用并广泛用于防晒产品中，配方中最高用量均为25%。部分物理性紫外线屏蔽剂及其折射率
防晒化妆品有两大发展趋势，一是无机防晒剂代替有机防晒剂，二是仿生防晒。后者成本较高，目前难以推广，前者价格适中，且防晒性能优越，因而被普遍看好。尤其是纳米二氧化钛，由于其具有较为优越的性能和应用前景，因而发展势头和市场潜力较好。其抗紫外线能力及机理与其粒径有关，TiO2对不同波长紫外线的防晒机理不一样，对长波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。 纳米TiO2对紫外线的吸收机理可能是：纳米TiO2的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的，当其受紫外线照射时，比其禁带宽度（约为2.3eV）能量大的光线被吸收，使价带的电子激发至导带，结果使价电子带缺少电子而发生空穴，形成容易移动且活性极强的电子-空穴对。这样的电子-空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量；另一方面可离解成在晶格中自由迁移到晶格表面或其他反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。通常情况下TiO2会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基，因而还会将周围的细菌与病毒杀死。可见，紫外线照射、表面水活化程度及吸氧率是TiO2光活性的3个基本条件。正是由于纳米TiO2吸收紫外线后会产生自由基，从而会加速皮肤的老化，对皮肤造成危害。因此，在使用纳米TiO2作为防晒剂的时候，要从减弱或消除3个基本条件入手，以减弱或根本消除其光活性，从而降低其危害性。 纳米TiO2为无机成分，具有优异的化学稳定性、热稳定性及非迁移性和较强的消色力、遮盖力，较低的腐蚀性，良好的易分散性，并且无毒、无味、无刺激性，使用安全，还兼有杀菌除臭的作用。特别是由于其颗粒较细，成品透明度高，能透过可见光，加入化妆品使用时皮肤白度自然，克服了有的有机物或颜料级TiO2不透明、使皮肤呈现不自然的苍白色的缺点。因此，纳米TiO2很快被广泛重视并逐步取代一些有机抗紫外剂，成为当今防晒化妆品中性能优越的一种物理屏蔽型抗紫外剂，二氧化钛在化妆品使用中的法规状态见下表。
小结 描述物体跟光的关系，折射率是一个非常直观的参数。折射率越高，物体表面对光的反射越大，但无论反射的高低都有其应用场景，我们既可以利用低折射实现低反射，在太阳能面板中提高效率，也可以利用高折射在防晒产品中提高对紫外光的反射。 参考阅读
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