引言
在光学测量领域，积分球（integrating sphere）是一种关键设备，用于均匀散射光线并测量材料的漫反射率。然而，积分球内壁涂层的反射特性直接影响测量精度。1968年，F. Grum和 G. W. Luckey在 Applied Optics上发表了一篇开创性论文《Optical Sphere Paint and a Working Standard of Reflectance》，提出了一种基于硫酸钡（BaSO₄）的高反射率涂层配方及喷涂工艺，成为当时光学测量领域的重要标准。
传统反射标准的局限性
在 Grum 和 Luckey 的研究之前，常用的漫反射标准材料包括：
氧化镁（MgO）：通过燃烧镁带获得，反射率高（~98%），但易受污染且稳定性差。
压粉硫酸钡：反射率较高，但机械强度低，容易脱落。
这些材料难以长期维持稳定的光学性能，因此需要一种更耐久、高反射且光谱中性的涂层。
硫酸钡涂层的优化配方
Grum 和 Luckey 通过实验确定了最佳涂层配方，其核心成分包括：
1. 硫酸钡粉末（BaSO₄）：
选用高纯度、细颗粒的沉淀硫酸钡，确保高反射率和均匀散射。
颗粒尺寸需控制在光学最优范围（文献未明确具体数值，但强调需避免过大颗粒导致的光学不均匀性）。
2. 粘结剂（Polyvinyl Alcohol, PVA）：
采用 5% 聚乙烯醇（PVA）水溶液作为粘结剂，确保涂层附着力和耐久性。
PVA 浓度过高会降低反射率，过低则影响涂层强度。
3. 去离子水：
用于调节浆料粘度，确保喷涂均匀性。
配比优化
实验发现，硫酸钡与PVA溶液的质量比对涂层性能影响显著：
最佳比例：硫酸钡与 5% PVA 溶液的混合比例约为 1:1（重量比），此时涂层兼具高反射率和良好的机械稳定性。
若 PVA 过多，涂层会变光滑，导致镜面反射增加；若 PVA 过少，涂层易开裂或剥落。
喷涂工艺的关键参数
为确保涂层均匀性和高反射率，Grum 和 Luckey 详细研究了喷涂工艺的影响因素：
1. 基底处理：
喷涂前，金属或玻璃基底需彻底清洁，去除油脂和灰尘，必要时进行喷砂处理以增强附着力。
2. 喷涂方法：
采用低压喷枪（避免高压导致飞溅），喷涂距离约20–30cm，以确保涂层均匀覆盖。
喷涂时需保持恒定移动速度，避免局部过厚或过薄。
3. 干燥与固化：
喷涂后，涂层需在洁净、低尘环境中自然干燥（约 24 小时）。
避免高温烘干，否则可能导致 PVA 收缩开裂。
涂层的光学性能
Grum 和 Luckey 通过分光光度计测量了涂层的反射率，结果表明：
可见光范围（400–700 nm）：反射率 ≥98%，接近理想漫反射体。
紫外至近红外：反射率略有下降，但仍优于传统 MgO 标准。
光谱中性：涂层在可见光范围内无明显光谱选择性，适用于颜色测量。
应用与影响
该研究提出的BaSO₄-PVA 涂层迅速成为光学积分球的标准内壁材料，其优势包括：
1. 高反射率：优于传统 MgO 和压粉 BaSO₄。
2. 耐久性：PVA 粘结剂使涂层更耐机械磨损和环境湿度。
3. 可重复性：喷涂工艺可标准化，适合工业生产。
结论
Grum 和 Luckey 的工作为光学测量提供了可靠的漫反射标准，其优化的硫酸钡涂层配方（BaSO₄ + 5% PVA，1:1 混合）和低压喷涂工艺至今仍被广泛借鉴。该研究不仅推动了积分球技术的发展，也为后续高精度光学仪器的校准奠定了基础。
参考文献
Grum, F., & Luckey, G. W. (1968). Optical Sphere Paint and a Working Standard of Reflectance. Applied Optics, 7(11), 2289–2294.