Hva bestemmer om et stoff er transparent? For eksempel, hvorfor er silisium gjennomsiktig når det er glass, men ikke når det er sand eller en datamaskinchip?


Morton Tavel, professor i fysikk ved Vassar College, svarer: "Forplantningen av lys (eller en hvilken som helst annen form for elektromagnetisk stråling) gjennom et fast stoff er en kompleks prosess som involverer ikke bare passasjen av det innfallende lyset, men også reradiering av dette lyset ved den elektroniske strukturen av det faste stoffet.

Morton Tavel, professor i fysikk ved Vassar College, svarer:

"Forplantningen av lys (eller en hvilken som helst annen form for elektromagnetisk stråling) gjennom et fast stoff er en kompleks prosess som involverer ikke bare passasjen av det innfallende lyset, men også reradiering av dette lyset ved den elektroniske strukturen av det faste stoffet. Den sammenviklede kombinasjon av refleksjon og overføring forklarer hvorfor lyset beveger seg sakte gjennom faste stoffer enn gjennom luften eller gjennom et vakuum.

"Enkelt sagt, et solidt materiale vil virke gjennomsiktig hvis det ikke er noen prosesser som konkurrerer med overføring, enten ved å absorbere lyset eller ved å sprede det i andre retninger. I ren silisium er det en svært sterk absorberende prosess på jobben: hendelsen synlig lys absorberes av elektroner som deretter beveger seg fra en elektronenergi til en annen (en forekomst som er teknisk kjent som en band-til-bånd-overgang). Glass, som er silisiumdioksyd - ikke rent silisium - har ikke denne båndstrukturen, så Det kan ikke absorbere lys som rent silisium gjør. Sand, derimot, er også silisiumdioksyd, men det er så fylt med urenheter at lyset bare sprer utover usammenhengende og ikke går gjennom i merkbar grad.

"Den elektroniske strukturen av faste stoffer forklarer også hvorfor metaller er skinnende. Rene metaller reflekterer lys, men overfører ikke det, fordi de er fylt med gratis elektroner. Disse elektronene reradierer lyset i motsatt retning fra hvilket det kom (refleksjon), men de forstyrre lyset som ville fortsette i fremoverretningen, og hindre overføring. "

Susan Murphree Thomas er forsker i uorganisk kjemi ved Georgia Institute of Technology og et midlertidig fakultet medlem ved Kennesaw State University. Hun legger til noen detaljer om rollen som fysisk struktur:

"Et materiale ser ut til å være gjennomsiktig når det ikke absorberer eller diffunderer lyset sterkt. Når det gjelder absorpsjon av et fast stoff, må du ganske mye ta hva Nature gir deg. Diffraksjon kan imidlertid påvirkes av hvordan materialet er forberedt.

"Et materiale som virker homogent for det menneskelige øye, består egentlig av små krystaller - regioner der atomer eller molekyler følger regelmessig rekkefølge. Grensene mellom disse områdene kalles korngrenser. Hvis avstanden mellom grenser er mindre enn korteste bølgelengde av synlig lys (med andre ord hvis brytningsindeksen til materialet er jevnt i forhold til lyset som passerer gjennom det), vil materialet bli transparent. Hver grense har en tendens til å diffundere lyset som passerer gjennom, hvis områdene er små nok, men lysbølgene hopper egentlig over dem.

"Glass (som består av silisiumdioksyd sammen med noen urenheter) er egentlig ikke et solidt, det kan mer nøyaktig tenkes som en superkjølt væske. Den har ingen indre korngrenser, og derfor ser den gjennomsiktig. Solid silisiumdioxid (sand ), derimot, har åpenbare korngrenser, så det er ikke gjennomsiktig.

"Det er mulig å lage et kunstig ensartet materiale. En måte å gjøre dette på er å trykke på et materiale som er i kraft, som det gjøres hele tiden med kaliumbromid, en sammensetning som brukes til infrarødspektroskopi i laboratorier. Den andre måten å oppnå ensartethet er å lage mange kjernefysiske steder (hvor krystallene begynner å danne) i et smeltet materiale og la det avkjøles. Fordi mange små krystaller begynner å danne alt på en gang, kan ingen av dem vokse seg veldig store før de løper inn i hverandre . Den gjennomsiktige Corningware som selges i dag, er laget på denne måten. Den har gjennomsiktighet i glass, men det er virkelig et keramisk materiale som ligner på vanlig Corningware.

Siste nytt

Transport nå Rivals Power Generation som CO2 KildeNår jorden var en snøball: Globale isbreer kan ha sparket evolusjonær brastFor National Security, få av oljeHva skjer med bevissthet når vi dørForskere sliter med å utvikle nye behandlinger for SepsisBrain Beauty: The Art of NeuroscienceDelfiner husker en annen i flere tiårFortsatt nødvendig: En klimaplan - Ser Past Cap and Trade [Utvidet versjon]