Bästa svaret
tl; dr: ja tl; dr2: allt kommer att vara transparent om du gör det tillräckligt tunt, förutom en teoretisk perfekt metall som inte existerar i verkligheten.
För att faktiskt svara på frågan måste man ange vad de menar med ”transparent” och vad de menar med ”metall”. anta transparens för synligt ljus. För det senare är saker lite mer knepiga eftersom ”metall” betyder olika saker för olika människor (listan nedan är inte tänkt att vara uttömmande):
- Elementen i mitten av det periodiska systemet
- Alla element eller föreningar med metallisk resistivitet (resisitivitet under en viss tröskel)
- Ett element eller förening med elektroniska band som passerar Fermi-nivån
- En Fermi-vätska
Per definition (2) finns transparenta metaller på alla dina pekskärmsenheter. Det handlar inte om vilken dirigent ma terial kan göras transparent när de är tunna (alla kan), utan snarare vilken man optimerar hållbarhet, konduktivitet, tillverkningsbarhet och kostnad. Hittills vinner ITO, men en annan transparent ledare med bättre kostnadsoptimering kommer sannolikt att ta över i framtiden.
Mer allmänt reflekterar en bulkmetall mest för frekvenser (eller energi, av infallande ljus) nedan plasmafrekvensen och icke-reflekterande (lättare transparent) för frekvenser över plasmafrekvensen. Jämfört med bilden nedan är synligt ljus i intervallet 1,65-3,26eV.
Teoretisk (båda streckade linjer) och experimentell (solid linje) reflektionsförmåga hos aluminium. bildkälla: http://www.mark-fox.staff.shef.a …
Plasmafrekvensen (\ omega\_p) av en metall ges av: \ omega\_p = (\ frac {Ne ^ 2} {\ epsilon\_0 m}) ^ {1/2} där N är antalet elektroner per volymenhet, e är elektronladdningen, \ epsilon\_0 är permittivitet för fritt utrymme och m är elektronmassan (generaliserbar till en effektiv massa).
Verkliga metaller är inte 100\% reflekterande, så transparens är en möjlighet för tunna filmer. Med tanke på synliga ljusfrekvenser som inträffar på metallen (för de flesta metaller är synligt ljus under plasmafrekvensen) minskar den optiska effekten exponentiellt inuti metallen, med en karakteristisk längd \ delta, som kallas ett huddjup. Om hela tjockleken på metallen är jämförbar med huddjupet, kommer den att se transparent ut. \ delta = (\ frac {2} {\ sigma\_0 \ omega \ mu\_0}) ^ {1/2} I ekvationen ovan är \ sigma\_0 metallens likströmskonduktivitet, \ omega är ljusfrekvensen och \ mu\_0 är den magnetiska permeabiliteten för det fria utrymmet. För en typisk metall är \ delta 1-10nm , så metallen måste bara vara några atomer tjock för att vara transparent.
Om ljusfrekvensen är över plasmafrekvensen kan man komma undan med en tjockare metall – kanske flera tiotals eller hundratals nanometer (det är mer komplicerat att beräkna).
Slutligen det mest uppenbara sättet att öka tjockleken på en metallfilm samtidigt som transparensen är att sänka antalet ledningselektroner, N, per volymenhet. Detta kommer både att sänka DC-konduktiviteten (\ sigma\_0) vilket kommer att öka huddjupet och sänka plasmafrekvensen.
Jag diskuterade liknande begrepp tidigare här, här och här.
Och här är en översiktsartikel om transparenta ledare: Transparenta ledares fysik
Svar
Ja absolut. Transparenta elektroder (metaller) används idag i applikationer där låg resistivitet (god konduktivitet) men god transparens behövs. Tillämpningarna inkluderar LED, tunna filmer och solceller. Varför är vissa metaller transparenta? Två faktorer: Plasmafrekvens och absorptionskant .
Transparens kan betraktas som hur ett material reagerar på elektromagnetiska vågor (t.ex. radiovågor, mikrovågsugn, infrarött, synligt ljus, UV). När en elektromagnetisk våg träffar ett material händer saker: Reflektion, Absoprtion och / eller transmission.
Material tenderar att ha det som kallas plasmafrekvensen, vilket är frekvensen för elektromagnetisk våg upp till vilken ett material slutar att vara ogenomskinligt, och börjar därför sända EM-vågen.
Som du kan se i figuren nedan är materialets reflektionsförmåga till hands är cirka 0,9 (90\%) vid låga energier (låga frekvenser). Så snart energin (frekvensen) når ett kritiskt värde, E = 15,8 eV, minskar reflektionsförmågan snabbt. Frekvensen som motsvarar denna kritiska energi är plasmafrekvensen.
Material har också något som du kallar absoprtion edge .Det är den frekvensen när materialet plötsligt börjar absorbera EM-vågsenergier och slutar sända.
Absoptionskant = (Energigap) / (Plancks konstanta h)
Om materialet absorberar betyder det att frekvensen för EM-vågen är lika med eller större än vad som kallas bandgap ( minsta energibehov för absorption) . För transparens för synligt ljus är det nödvändigt att bandgapet (minimikrav på energi för absorption) ligger inom UV-området. På detta sätt absorberas inget ljus i de synliga ljusspektren, vilket gör materialet transparent i det synliga ljusspektret.
En metall med en plasmafrekvens i IR och en absorptionskant i UV kommer att uppvisa genomskinlighet. Indiumtennoxid är ett exempel på det.