在繁忙的夜空下，恍恍的影子與街燈交織在一塊。夜間外出運動頗具吸引力，但往往卻與現實中看不見的危險相抵觸。由於夜間視力減弱，慢跑的人可能會被路上來來去去的駕駛們忽視，進而增加事故的風險。同樣地，對於穿著再日常不過的衣服，傍晚準備放學回家的孩子或青少年，或是在光線不足的道路上騎行的自行車騎士，也面臨著同樣的交通危險。
不過，好消息是，現在的紡織工業科技已經進步到能透過反射光源的衣物和鞋帶來扭轉這場困局。這些看似簡單的織品在提高一個行人的能見度和安全性上發揮了巨大的作用。但是，你是否曾經想過這些紡織品是如何製作而成的呢？究竟背後需要多少不同發明的結合，才能做出一件會發亮的鞋帶？現在就趕快讓我們來仔細看看，反光鞋帶背後迷人的生成過程和使其成為可能的科學。
反光紡織品的機制
反光紡織品是使用反光紗線製成的，這些紗線正是我們今天看到的那些救命產品的核心所在。為了讓這些反光複合材料中的光源進行反射，製作的關鍵就在於加入微小的光學級玻璃珠至紗線中。這些玻璃珠因其高透明度、純度和反射性而著稱，通常會被鍍上一層薄薄的鋁。它們的存在對實現這些終端產品所需的反光效果而言至關重要。唯有透過他們發揮各自的作用，才能讓材料在暴露於光源時發光，例如被車前燈照到衣服時，就馬上反射出光源來。要進一步了解這些玻璃珠在紡織紗線中的樣貌，我們首先需要掌握它們這種材料本身的特性：光學級玻璃。
什麼是光學級玻璃？
光學級玻璃是一種經過工業加工專門打造出來的玻璃，因其高透明度、純度和硬度而為人所知。這些物理特性對於製造效果顯著的反光材料來說格外重要。也因此，對於需要高精密度的產品（如用於捕捉夜空星宿的望遠鏡和單眼相機）而言，光學級玻璃可以說是一個不可或缺的存在。為了進一步理解為何如此，我們現在就來深入探討這些特性。
- 透明度：一個好的光學玻璃必須高度透明，以便光線能夠有效地穿過玻璃層並與玻璃珠相互作用。這種透明度確保了最大量的光線能夠反射回光源，亦即發出光線的地方。簡單舉例，試著想像用一塊不透明的布和一塊透明塑料薄膜分別覆蓋在一個手電筒上，並且以此照亮一個黑暗的房間。我們應該可以馬上想見，在第二種情況下，光線會更快且更好地穿透出布料外，照亮整個房間。
- 純度：玻璃必須沒有雜質，才能避免這些雜質在反射光源時無意間扭曲光線或降低反射效率。這就是為什麼比起髒玻璃，乾淨的玻璃在反射陽光上的表現會更好。高純度也確保了反光紗線能夠一致地發揮作用。
- 硬度：光學玻璃的硬度必須足夠，以承受製造過程中以及日常使用後的磨損。耐久性對於保持反光特性尤其重要。
如何確保光學玻璃的質量適當？
光學玻璃的質量由幾個因素決定，包括其折射率、光的色散和穿透率。以下是每個因素的詳細說明。
- 折射率：衡量光線穿過玻璃時彎曲的程度。為什麼這很重要？較高的折射率代表玻璃能夠更有效地彎曲光線，從而增強紗線的反光特性。換句話說，當光線的折射率越高，光線照射到材料上時，反射出來的感覺就會越亮。例如，鑽石有很高的折射率，使它們在反射光線時能閃耀得更亮眼。
- 色散：指光線分散成其組成顏色的現象。在光學科學中，當不同顏色的光線穿過一個介質（如棱鏡）時，它們會產生分離的作用。由於每種顏色或波長的光線在進入介質時彎曲的程度不同，導致射入的白光會先各自分離成不同的組成顏色，接著就會產生類似於彩虹的光譜效果。這是因為光在介質內的速度因波長而異。控制色散對於避免反射光的失真至關重要。例如，棱鏡能夠將光線分解成彩虹，說明了光學玻璃必須要能掌握好這個原理，以確保光線能清晰地反射回去。
- 光的穿透率：衡量有多少光線在不被吸收或散射的情況下穿過玻璃。高質量的光穿透率對於玻璃珠是否能有效地將光線反射回光源、保持能見度，具有舉足輕重的地位。
一旦我們確保這些光學玻璃珠的質量符合標準，我們就可以進一步生產能幫助我們拯救數百萬人性命的反光紗線。
製作反光紗線的過程
簡化來說，反光紗的由來就是在以聚酯和尼龍等聚合物材質所製成的織物上，塗上或撒上一層反光複合材料（也就是前面提到的反光玻璃珠）。在這個製造過程中，我們要以高質量的光學級玻璃研磨成一顆顆微小的玻璃珠子。接著，進入到產紗階段時，我們便能將這些珠子嵌入到這些聚酯或尼龍等聚合物中，便能完成一絲絲帶有反射效果的紗線了。進一步來說，玻璃製成的珠子或薄片會被放置在另一個紡織基底上，使這個原本黯淡無光的聚酯織物開始具有反光性。一旦主要的織物製作完成，製作反光紗的工廠便會使用高精密的機器將其切割成流線型的小段，亦即我們現在所提到的反光紗線。這樣製成的紗線具有一個獨特的特性：它們能夠有效反射光線，使其成為安全裝備的理想選擇。
目前市場上有兩種主要類型的反光紗線：
- 逆反射紗線：這些紗線會直接將光線反射回其來源，使其成為高能見度應用的理想選擇。它們通常用於夜間使用的安全裝備。
- 漫反射紗線：這些紗線會將光線發散到多個方向，從各個角度觀看皆能提供某種程度的反射效果。它們通常用於裝飾品，或是較不需要高強度反射光源的物品上。
結論
反光紡織材料和鞋帶是在自然、科學和人類創新下相互交織而成的迷人產物。它們從光學玻璃的發現開始，然後是高質量光學玻璃珠的創造，這些珠子隨後被放入耐用的聚合物中，形成可用於衣物和鞋帶編織的反光紗線。
這些材料背後再次見證了人類的智慧和大自然的奧秘。當我們驚嘆於這些創新發明時，我們更可以感謝上帝創造了這個既複雜又神奇的宇宙，透過自然科學藉各種資源的結合和應用，協助我們改進日常生活方面的諸多問題。或許，反光鞋帶看起來很微不足道，但它們確實使我們夜間走在路上能更加安全，此外，它還時刻提醒我們應感謝我們所擁有的這個奇妙世界。
參考資料
- Ishigure, T., Nihei E., & Koike, Y. (1996). Optimization of the Refractive-Index Distribution of High-Bandwidth GI Polymer Optical Fiber Based on Both Modal and Material Dispersions. Polymer Journal, 28(3). Retrieved from https://www.nature.com/articles/pj199647
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- Physics LibreTexts. (2023). Reflection, refraction, and dispersion. Retrieved from https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/Physics_(Boundless)/24%3A_Geometric_Optics/24.2%3A_Reflection_Refraction_and_Dispersion
- University of Arizona. (n.d.). Optical materials: Refractive index and dispersion. Retrieved from https://wp.optics.arizona.edu/optomech/wp-content/uploads/sites/53/2016/10/Refractive_Index_and_Dispersion.pdf