Beste Antwort
tl; dr: ja tl; dr2: Alles ist transparent, wenn Sie es dünn genug machen, außer a theoretisch perfektes Metall, das es im wirklichen Leben nicht gibt.
Um die Frage tatsächlich zu beantworten, muss man spezifizieren, was sie mit „transparent“ und was sie mit „Metall“ meinen Nehmen Sie Transparenz für sichtbares Licht an. Für letzteres sind die Dinge etwas schwieriger, da „Metall“ für verschiedene Personen unterschiedliche Dinge bedeutet (die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit):
- Die Elemente in der Mitte des Periodensystems
- Jedes Element oder jede Verbindung mit metallischem Widerstand (spezifischer Widerstand unter einem bestimmten Schwellenwert)
- Ein Element oder eine Verbindung mit elektronischen Bändern, die das Fermi-Niveau überschreiten
- Eine Fermi-Flüssigkeit
Per Definition (2) befinden sich transparente Metalle auf allen Touchscreen-Geräten. Es handelt sich nicht um welche dirigiert ma Material kann transparent gemacht werden, wenn es dünn ist (alle können es), sondern vielmehr, um Haltbarkeit, Leitfähigkeit, Herstellbarkeit und Kosten zu optimieren. Bisher hat ITO gewonnen, aber ein weiterer transparenter Leiter mit besserer Kostenoptimierung wird wahrscheinlich in Zukunft die Kontrolle übernehmen.
Im Allgemeinen wird ein Bulk-Metall hauptsächlich für Frequenzen (oder Energie des einfallenden Lichts) reflektiert die Plasmafrequenz und nicht reflektierend (leichter transparent) für Frequenzen oberhalb der Plasmafrequenz. Im Vergleich zum Bild unten liegt das sichtbare Licht im Bereich von 1,65 bis 3,26 eV.
Theoretisches (beide gepunktete Linien) und experimentelles (durchgezogene Linie) Reflexionsvermögen von Aluminium. Bildquelle: http://www.mark-fox.staff.shef.a …
Die Plasmafrequenz (\ omega\_p) eines Metalls ist gegeben durch: \ omega\_p = (\ frac {Ne ^ 2} {\ epsilon\_0 m}) ^ {1/2} wobei N die Anzahl der Elektronen pro Volumeneinheit ist, e die Elektronenladung ist, \ epsilon\_0 ist die Permittivität des freien Raums und m ist die Elektronenmasse (verallgemeinerbar auf eine effektive Masse).
Reale Metalle sind nicht zu 100\% reflektierend, daher ist Transparenz eine Möglichkeit für dünne Filme. Unter Berücksichtigung der sichtbaren Frequenzen des auf das Metall einfallenden Lichts (bei den meisten Metallen liegt das sichtbare Licht unterhalb der Plasmafrequenz) nimmt die optische Leistung innerhalb des Metalls exponentiell mit einer charakteristischen Länge \ Delta ab, die als Hauttiefe bezeichnet wird. Wenn die gesamte Dicke des Metalls mit der Hauttiefe vergleichbar ist, erscheint es transparent. \ delta = (\ frac {2} {\ sigma\_0 \ omega \ mu\_0}) ^ {1/2} In der obigen Gleichung ist \ sigma\_0 die Gleichstromleitfähigkeit des Metalls, \ omega die Lichtfrequenz und \ mu\_0 die magnetische Permeabilität des freien Raums. Für ein typisches Metall ist \ delta 1-10 nm , sodass das Metall nur wenige Atome dick sein muss, um transparent zu sein.
Wenn die Lichtfrequenz über der Plasmafrequenz liegt, kann man mit einem dickeren Metall davonkommen – vielleicht mehrere zehn oder hundert Nanometer (die Berechnung ist komplizierter).
Schließlich der naheliegendste Weg dazu Erhöhen Sie die Dicke eines Metallfilms, während die Transparenz erhalten bleibt, um die Anzahl der Leitungselektronen N pro Volumeneinheit zu verringern. Dies verringert sowohl die Gleichstromleitfähigkeit (\ sigma\_0), wodurch die Hauttiefe erhöht und die Plasmafrequenz gesenkt wird.
Ich habe zuvor hier, hier und hier ähnliche Konzepte erörtert.
Und Hier ist ein Übersichtsartikel über transparente Leiter: Physik transparenter Leiter
Antwort
Ja, absolut. Transparente Elektroden (Metalle) werden heutzutage in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein niedriger spezifischer Widerstand (gute Leitfähigkeit), aber eine gute Transparenz erforderlich sind. Zu den Anwendungen gehören LED, Dünnfilme und Solarzellen. Warum sind einige Metalle transparent? Zwei Faktoren: Plasmafrequenz und Absorptionskante .
Transparenz kann Stellen Sie sich vor, wie ein Material auf elektromagnetische Wellen reagiert (z. B. Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, UV). Wenn eine elektromagnetische Welle auf ein Material trifft, passieren Dinge: Reflexion, Absorption und / oder Transmission.
Materialien haben tendenziell die sogenannte Plasmafrequenz. Dies ist die Frequenz der elektromagnetischen Welle, bis zu der ein Material nicht mehr undurchsichtig ist, und beginnt daher mit der Übertragung der EM-Welle.
Wie Sie in der folgenden Abbildung sehen können, ist das Reflexionsvermögen des vorliegenden Materials liegt bei niedrigen Energien (niedrigen Frequenzen) bei etwa 0,9 (90\%). Sobald die Energie (Frequenz) einen kritischen Wert von E = 15,8 eV erreicht, nimmt das Reflexionsvermögen schnell ab. Die dieser kritischen Energie entsprechende Frequenz ist die Plasmafrequenz.
Materialien haben auch etwas, das Sie Absorptionskante nennen.In dieser Frequenz beginnt das Material plötzlich, EM-Wellenenergien zu absorbieren und hört auf zu senden.
Absorptionskante = (Energielücke) / (Plancksche Konstante h)
Wenn das Material absorbiert, bedeutet dies, dass die Frequenz der EM-Welle gleich oder größer ist als die sogenannte Bandlücke ( minimaler Energiebedarf für die Absorption) . Für die Transparenz gegenüber sichtbarem Licht ist es erforderlich, dass die Bandlücke (minimaler Energiebedarf für die Absorption) im UV-Bereich liegt. Auf diese Weise wird in den Spektren des sichtbaren Lichts kein Licht absorbiert, wodurch das Material in den Spektren des sichtbaren Lichts transparent wird.
Ein Metall mit einer Plasmafrequenz im IR und einer Absorptionskante im UV zeigt Transparenz. Indiumzinnoxid ist ein Beispiel dafür.