Beste antwoord
tl; dr: ja tl; dr2: alles wordt transparant als je het dun genoeg maakt, behalve een theoretisch perfect metaal dat in het echte leven niet bestaat.
Om de vraag daadwerkelijk te beantwoorden, moet je specificeren wat ze bedoelen met “transparant” en wat ze bedoelen met “metaal”. Voor de eerste, laten we aannemen dat transparant is voor zichtbaar licht. Voor het laatste zijn de dingen een beetje lastiger omdat metaal verschillende dingen betekent voor verschillende mensen (de onderstaande lijst is niet bedoeld als uitputtend):
- De elementen in het midden van het periodiek systeem
- Elk element of verbinding met metallische weerstand (weerstand onder een bepaalde drempel)
- Een element of verbinding met elektronische banden die het Fermi-niveau overschrijden
- Een Fermi-vloeistof
Per definitie (2) bevinden zich transparante metalen op al uw touchscreen-apparaten. Het is geen kwestie van welke dirigerende ma terial kan transparant worden gemaakt als ze dun zijn (ze kunnen allemaal), maar die optimaliseert de duurzaamheid, geleidbaarheid, produceerbaarheid en kosten. Tot dusver wint ITO, maar een andere transparante geleider met betere kostenoptimalisatie zal het in de toekomst waarschijnlijk overnemen.
Meer in het algemeen zal een bulkmetaal voornamelijk reflecteren voor frequenties (of energie, van invallend licht) onder de plasmafrequentie en niet-reflecterend (gemakkelijker transparant) voor frequenties boven de plasmafrequentie. In vergelijking met de onderstaande afbeelding ligt zichtbaar licht tussen 1,65-3,26eV.
Theoretische (beide stippellijnen) en experimentele (ononderbroken lijn) reflectiviteit van aluminium. afbeeldingsbron: http://www.mark-fox.staff.shef.a …
De plasmafrequentie (\ omega\_p) van een metaal wordt gegeven door: \ omega\_p = (\ frac {Ne ^ 2} {\ epsilon\_0 m}) ^ {1/2} waarbij N het aantal elektronen per volume-eenheid is, e de elektronenlading, \ epsilon\_0 is de permittiviteit van de vrije ruimte, en m is de elektronenmassa (generaliseerbaar naar een effectieve massa).
Echte metalen zijn niet 100\% reflecterend, dus transparantie is een mogelijkheid voor dunne films. Gezien de zichtbare frequenties van licht dat op het metaal valt (voor de meeste metalen ligt het zichtbare licht onder de plasmafrequentie), neemt het optische vermogen exponentieel af in het metaal, met een karakteristieke lengte \ delta, die huiddiepte wordt genoemd. Als de volledige dikte van het metaal vergelijkbaar is met de huiddiepte, zal het transparant lijken. \ delta = (\ frac {2} {\ sigma\_0 \ omega \ mu\_0}) ^ {1/2} In de bovenstaande vergelijking is \ sigma\_0 de DC-geleidbaarheid van het metaal, \ omega is de frequentie van licht en \ mu\_0 is de magnetische permeabiliteit van de vrije ruimte. Voor een typisch metaal is \ delta 1-10 nm , dus het metaal moet slechts een paar atomen dik zijn om transparant te zijn.
Als de lichtfrequentie hoger is dan de plasmafrequentie, kan men wegkomen met een dikker metaal – misschien enkele tientallen of honderden nanometers (het is ingewikkelder om te berekenen).
Eindelijk de meest voor de hand liggende manier om het vergroten van de dikte van een metaalfilm met behoud van transparantie is het verlagen van het aantal geleidingselektronen, N, per volume-eenheid. Dit verlaagt zowel de DC-geleidbaarheid (\ sigma\_0) waardoor de huiddiepte toeneemt en de plasmafrequentie verlaagt.
Ik besprak soortgelijke concepten eerder hier, hier en hier.
En hier is een overzichtsartikel over transparante geleiders: Fysica van transparante geleiders
Antwoord
Ja absoluut. Transparante elektroden (metalen) worden tegenwoordig gebruikt in toepassingen waar een lage soortelijke weerstand (goede geleiding) maar een goede transparantie nodig is. Toepassingen zijn onder meer LED, dunne films en zonnecellen. Waarom zijn sommige metalen transparant? Twee factoren: Plasmafrequentie en absorptierand .
Transparantie kan worden beschouwd als hoe een materiaal reageert op elektromagnetische golven (bijv. Radiogolven, Microgolf, Infrarood, Zichtbaar licht, UV). Wanneer een elektromagnetische golf een materiaal raakt, gebeuren er dingen: reflectie, absorptie en / of transmissie.
Materialen hebben meestal de zogenaamde plasmafrequentie, wat de frequentie is van de elektromagnetische golf tot welke een materiaal niet meer ondoorzichtig is, en dus de EM-golf begint uit te zenden.
Zoals je kunt zien in de onderstaande afbeelding, is het reflectievermogen van het materiaal in kwestie is ongeveer 0,9 (90\%) bij lage energieën (lage frequenties). Zodra de energie (frequentie) een kritische waarde bereikt, E = 15,8 eV, neemt het reflectievermogen snel af. De frequentie die overeenkomt met deze kritische energie is de plasmafrequentie.
Materialen hebben ook iets dat u absoprtion edge noemt.Het is die frequentie wanneer het materiaal plotseling EM-golfenergie begint te absorberen en stopt met zenden.
Absoprtion Edge = (Energiekloof) / (Plancks constante h)
Als het materiaal absorbeert, betekent dit dat de frequentie van de EM-golf gelijk is aan of groter is dan wat de band gap ( minimale energiebehoefte voor absorptie) . Voor transparantie voor zichtbaar licht is het noodzakelijk dat de band gap (minimale energiebehoefte voor absorptie) binnen het UV-bereik ligt. Op deze manier wordt geen licht geabsorbeerd in de zichtbare lichtspectra, waardoor het materiaal transparant wordt in de zichtbare lichtspectra.
Een metaal met een plasmafrequentie in de IR en een absorptierand in de UV, zal vertonen transparantie. Indiumtinoxide is daar een voorbeeld van.