当前位置: 绝缘体 >> 绝缘体发展 >> 为什么导电的固体大多不透明,而透明的固体
从能量的角度讲,透明意味着材料中的电子无法吸收可见光所对应的能量并进行跃迁。可见光红紫两侧对应的能量分别约为1.6eV和.1eV。固体中的原子常常整齐地排列形成晶体,其中的电子会处在一系列准连续的能级上,这被称为能带。
以金属为代表的导电固体之所以呈现金属性,是由于其中的电子填充了半满的能带,电子只需吸收很少的能量即可跃迁到与之最近的能级上。当然,电子也可以吸收更多的能量跃迁到更高的能级上,而这些能级对应的能带范围连续且很宽,经常在整个可见光范围内都有吸收,因此就不透明了。
不导电固体,以水晶为例,其电子填充了整个能带,能带与能带之间隔着一定的能量,这就是带隙。这意味着电子吸收的能量至少需要接近带隙对应的能量才能发生跃迁。水晶的带隙较大,约为9eV,远远超过可见光能量,其电子无法通过吸收可见光跃迁,于是水晶表现出了透明的性质。
半导体与绝缘体相似,但是带隙比绝缘体小,具体情况需要具体讨论。比如,Si带隙对应1.1eV,小于红光能量,整个可见光段在此都有吸收,故不透明;而SiC带隙对应2.4eV,2.4~.1eV范围的可见光在此被吸收。
绿光能量为2.7eV,这意味着红橙黄绿蓝靛紫的全谱中,蓝靛紫在此被吸收了,红橙黄绿依然透过,材料依然透明,但会显示颜色。至于塑料等以分子为主的材料,分析方法与之类似,只是这种材料未形成能带,而是有一系列分立的能级,需要根据具体情况分开讨论。
这个问题还可以从另一个不严谨但是更直观的角度理解:导电说明电子可随电场自由移动,当然也可以随光的电磁场运动,从而吸收光的能量,表现为不透明;而透明物体对光无明显吸收,说明其中的电子不易随光的电磁场运动,那么它们在普通的电场中也不易自由移动,物体也就不导电了。
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