Cel mai bun răspuns
tl; dr: da tl; dr2: orice va fi transparent dacă îl faceți suficient de subțire, cu excepția unui metal perfect teoretic care nu „există în viața reală.
Pentru a răspunde efectiv la întrebare, trebuie să specificați ce înseamnă” transparent „și ce înseamnă” metal „. Pentru primul, permite presupuneți transparență față de lumina vizibilă. Pentru aceasta din urmă, lucrurile sunt puțin mai dificile, deoarece „metal” înseamnă lucruri diferite pentru oameni diferiți (lista de mai jos nu trebuie să fie exhaustivă):
- Elementele în mijlocul tabelului periodic
- Orice element sau compus cu rezistivitate metalică (rezistivitate sub un anumit prag)
- Un element sau compus cu benzi electronice care traversează nivelul Fermi
- Un lichid Fermi
Prin definiție (2), metalele transparente sunt pe toate dispozitivele dvs. cu ecran tactil. Nu este o chestiune de care conduce ma terialul poate fi făcut transparent atunci când sunt subțiri (toate pot), ci mai degrabă, care optimizează durabilitatea, conductivitatea, fabricabilitatea și costul. Până în prezent, ITO câștigă, dar un alt conductor transparent cu o optimizare mai bună a costurilor va prelua probabil în viitor.
Mai general, un metal în vrac va reflecta în cea mai mare parte frecvențele (sau energia luminii incidente) de mai jos frecvența plasmei și nereflectante (mai ușor transparente) pentru frecvențe peste frecvența plasmei. În comparație cu imaginea de mai jos, lumina vizibilă este în intervalul 1.65-3.26eV.
Reflectivitate teoretică (ambele linii punctate) și experimentală (linie continuă) a aluminiului. sursa imaginii: http://www.mark-fox.staff.shef.a …
Frecvența plasmei (\ omega\_p) al unui metal este dat de: \ omega\_p = (\ frac {Ne ^ 2} {\ epsilon\_0 m}) ^ {1/2} unde N este numărul de electroni pe unitate de volum, e este sarcina electronică, \ epsilon\_0 este permitivitatea spațiului liber, iar m este masa electronică (generalizabilă la o masă eficientă).
Metalele reale nu reflectă 100\%, deci transparența este o posibilitate pentru filmele subțiri. Având în vedere frecvențele vizibile ale luminii incidente pe metal (pentru majoritatea metalelor, lumina vizibilă este sub frecvența plasmei), puterea optică scade exponențial în interiorul metalului, cu o lungime caracteristică \ delta, care se numește adâncimea pielii. Dacă întreaga grosime a metalului este comparabilă cu adâncimea pielii, va apărea transparent. \ delta = (\ frac {2} {\ sigma\_0 \ omega \ mu\_0}) ^ {1/2} În ecuația de mai sus, \ sigma\_0 este conductivitatea continuă a metalului, \ omega este frecvența luminii și \ mu\_0 este permeabilitatea magnetică a spațiului liber. Pentru un metal tipic, \ delta va fi 1-10nm , astfel încât metalul trebuie să aibă o grosime de doar câțiva atomi pentru a fi transparent.
Dacă frecvența luminii este peste frecvența plasmei, se poate scăpa de un metal mai gros – poate câteva zeci sau sute de nanometri (este mai complicat de calculat).
În cele din urmă, cel mai evident mod de a creșterea grosimii unei folii metalice păstrând în același timp transparența este de a reduce numărul de electroni de conducție, N, pe unitate de volum. Acest lucru va reduce atât conductivitatea DC (\ sigma\_0), ceea ce va crește adâncimea pielii și va reduce frecvența plasmei.
Am discutat despre concepte similare anterior aici, aici și aici.
Și iată un articol de recenzie despre conductorii transparenți: Fizica conductoarelor transparente
Răspuns
Da absolut. Electrozii transparenți (metale) sunt utilizați în zilele noastre în aplicații în care este necesară o rezistivitate scăzută (o conductivitate bună), dar o transparență bună. Aplicațiile includ LED-uri, filme subțiri și celule solare. De ce unele metale sunt transparente? Doi factori: Frecvența plasmei și marginea absorbției .
Transparența poate să se gândească la modul în care un material răspunde la undele electromagnetice (de exemplu, unde radio, microunde, infraroșu, lumină vizibilă, UV). Când o undă electromagnetică lovește un material, se întâmplă lucruri: reflecție, absorbție și / sau transmisie.
Materialele tind să aibă ceea ce se numește frecvența plasmatică, care este frecvența undei electromagnetice până la care un material nu mai este opac, prin urmare începe să transmită unda EM.
După cum puteți vedea în figura de mai jos, reflectivitatea materialului la îndemână este în jur de 0,9 (90\%) la energii mici (frecvențe joase). De îndată ce energia (frecvența) atinge o valoare critică, E = 15,8 eV, reflectivitatea scade rapid. Frecvența corespunzătoare acestei energii critice este frecvența plasmatică.
Materialele au, de asemenea, ceva pe care îl numiți margine de absorbție .Este acea frecvență când materialul începe brusc să absoarbă energiile unde EM și încetează să mai transmită.
Edge de absorbție = (Decalaj de energie) / (Constanta h a lui Planck)
Dacă materialul se absoarbe, asta înseamnă că frecvența undei EM este egală sau mai mare decât ceea ce se numește gap gap ( cerință minimă de energie pentru absorbție) . Pentru transparență față de lumina vizibilă, este necesar ca intervalul de bandă (necesarul minim de energie pentru absorbție) să se încadreze în domeniul UV. În acest fel, nicio lumină nu este absorbită în spectrele de lumină vizibilă, făcând astfel materialul transparent în spectrele de lumină vizibilă.
Un metal cu o frecvență de plasmă în IR și o margine de absorbție în UV, va prezenta transparenţă. Oxidul de staniu de indiu este un exemplu în acest sens.