理論的には透明な金属を使用することは可能ですか?


ベストアンサー

tl; dr:はいtl; dr2:十分に薄くすると、すべてが透明になります。実生活には存在しない理論上の完全な金属。

実際に質問に答えるには、「透明」の意味と「金属」の意味を指定する必要があります。前者の場合は、可視光に対する透明性を想定します。後者の場合、「金属」は人によって異なることを意味するため、少し注意が必要です(以下のリストは網羅的なものではありません)。

  1. 要素周期表の中央にある
  2. 金属抵抗率(特定のしきい値未満の抵抗率)を持つ要素または化合物
  3. フェルミレベルを超える電子バンドを持つ要素または化合物
  4. フェルミ液

定義(2)により、すべてのタッチスクリーンデバイスに透明な金属があります。どの実施ma terialは、薄い場合は透明にすることができます(すべて可能です)が、耐久性、導電性、製造可能性、およびコストを最適化します。これまでのところITOが勝っていますが、コスト最適化が優れた別の透明導体が将来的に引き継がれる可能性があります。

より一般的には、バルク金属は主に以下の周波数(または入射光のエネルギー)を反射します。プラズマ周波数​​およびプラズマ周波数​​を超える周波数の非反射(より容易に透明)。下の画像と比較すると、可視光は1.65〜3.26eVの範囲にあります。

アルミニウムの理論的(点線)および実験的(実線)反射率。画像ソース: http://www.mark-fox.staff.shef.a …

プラズマ周波数​​(\金属のomega\_p)は次の式で与えられます。\ omega\_p =(\ frac {Ne ^ 2} {\ epsilon\_0 m})^ {1/2}ここで、Nは単位体積あたりの電子数、eは電子電荷、\ epsilon\_0は自由空間の許容度、mは電子の質量(有効質量に一般化可能)です。

実際の金属は100%反射しないため、薄膜の場合は透明性があります。金属に入射する光の可視周波数(ほとんどの金属では、可視光はプラズマ周波数​​よりも低い)を考慮すると、光パワーは金属内部で指数関数的に減少し、表皮深さと呼ばれる特徴的な長さ\ deltaを持ちます。 金属の全体の厚さが表皮深さに匹敵する場合、透明に見えます。 \ delta =(\ frac {2} {\ sigma\_0 \ omega \ mu\_0})^ {1/2}上記の式で、\ sigma\_0は金属のDC伝導率、\ omegaは光の周波数、\ mu\_0は自由空間の透磁率です。一般的な金属の場合、\ deltaは 1-10nm になるため、金属を透明にするには数原子の厚さである必要があります。

光の周波数がプラズマの周波数を上回っている場合は、より厚い金属で逃げることができます。おそらく数十または数百ナノメートルです(計算はより複雑です)。

最後に、最も明白な方法は透明度を維持しながら金属膜の厚さを増やすことは、単位体積あたりの伝導電子の数Nを減らすことです。これにより、DC伝導率(\ sigma\_0)が低下し、表皮深さが増加し、プラズマ周波数​​が低下します。

以前、ここ、ここ、およびここで同様の概念について説明しました。

そして透明導体に関する総説は次のとおりです。透明導体の物理学

回答

もちろんです。透明電極(金属)は、今日、低抵抗率(良好な導電性)であるが良好な透明性が必要とされる用途で利用されています。アプリケーションには、LED、薄膜、太陽電池などがあります。一部の金属が透明なのはなぜですか? 2つの要因:プラズマ周波数​​吸収端

透明度は材料が電磁波(たとえば、電波、マイクロ波、赤外線、可視光、UV)にどのように反応するかと考えてください。電磁波が材料に当たると、反射、吸収、透過などが起こります。

材料は、いわゆるプラズマ周波数​​を持つ傾向があります。 これは、材料が不透明でなくなり、EM波の送信を開始する電磁波の周波数です。

下の図に示すように、手元の材料の反射率低エネルギー(低周波数)で約0.9(90%)です。エネルギー(周波数)が臨界値E = 15.8 eVに達するとすぐに、反射率は急速に低下します。この臨界エネルギーに対応する周波数は、プラズマ周波数​​です。

マテリアルには、吸収エッジと呼ばれるものもあります。材料が突然EM波エネルギーの吸収を開始し、送信を停止する周波数です。

Absoprtion Edge =(エネルギーギャップ)/(プランク定数h)

材料が吸収する場合、それはEM波の周波数がいわゆるバンドギャップ(吸収に必要な最小エネルギー)可視光を透過させるには、バンドギャップ(吸収に必要な最小エネルギー)がUV範囲内にある必要があります。 このように、光は可視光スペクトルで吸収されないため、材料は可視光スペクトルで透明になります。

IRでプラズマ周波数を持ち、UVで吸収端を持つ金属は 透明性。 インジウムスズ酸化物はその一例です。

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