Cơ chế tạo màu của chất bán dẫn và chất cách điện
Dec 08, 2019| Cơ chế tạo màu của chất bán dẫn và chất cách điện
Sự khác biệt cơ bản giữa dây dẫn và chất bán dẫn và chất cách điện là không có khe hở. Trong một dây dẫn, dải hóa trị và dải dẫn chồng lên nhau. Không có khoảng cách giữa chúng. Electron di chuyển dễ dàng. Tuy nhiên, trong chất bán dẫn và chất cách điện, có một khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn hướng của chúng. Chiều rộng khe hở của các vật liệu khác nhau là khác nhau và chiều rộng khe hở của chất cách điện rộng hơn nhiều so với chất bán dẫn. Trong một chất bán dẫn, các electron dải hóa trị hấp thụ đủ năng lượng để dễ dàng bơm dẫn đến dải dẫn. Trong một chất cách điện, các electron của dải hóa trị không thể có được năng lượng vượt quá độ rộng khe hở từ sự kích thích nhiệt và nhảy sang dải dẫn. Do đó, có rất ít electron trong dải dẫn của chất cách điện, nên hầu như không có dẫn.
Chất bán dẫn và chất cách điện được tìm thấy trong tự nhiên thường bao gồm gốm sứ và polyme, có các khoảng trống dải. Phạm vi bước sóng của ánh sáng khả kiến là 380-760nm, và năng lượng photon của ánh sáng tím năng lượng nhất là khoảng 3,2ev. Khi khoảng cách dải của chất cách điện vượt quá 3,2eV, chất cách điện sẽ không hấp thụ bất kỳ ánh sáng khả kiến nào, có thể truyền đi hoàn toàn. Đến thời điểm này, màu sắc của vật liệu cách điện sẽ bị ảnh hưởng chủ yếu bởi cấu trúc vi mô của nó. Ví dụ, alumina đơn tinh thể là trong suốt; Alumina đa tinh thể, do chỉ số khúc xạ khác nhau của các loại hạt khác nhau, làm cho ánh sáng tới tán xạ trong quá trình lan truyền bên trong của tinh thể, làm giảm độ trong suốt của vật liệu; Alumina đa tinh thể hoặc xốp là hoàn toàn mờ đục do sự tán xạ lớn hơn của ánh sáng tới. Chất liệu có màu trắng.
Các hợp chất ion điển hình chỉ có thể hấp thụ ánh sáng ở vùng cực tím với tần số cao hơn, nhưng không phải là ánh sáng trong vùng quang. Do đó, các hợp chất ion điển hình thường là chất rắn không màu hoặc màu trắng. Khi cation kim loại và anion của hợp chất phân cực với nhau, đám mây điện tử chồng lên nhau ở một mức độ nhất định và cho thấy một hóa trị nhất định. Khi cộng hóa trị của hợp chất đạt đến một mức độ nhất định, nó sẽ hấp thụ một phần ánh sáng màu, làm cho hợp chất xuất hiện một màu nhất định. Với sự gia tăng của hóa trị của hợp chất, phạm vi hấp thụ của ánh sáng khả kiến tăng lên, và màu của hợp chất dần dần sâu hơn. Độ cộng hóa trị của nó phụ thuộc vào độ phân cực và độ biến dạng của các cation và anion kim loại. Nếu độ phân cực và biến dạng của các ion lớn, hợp chất có cộng hóa trị mạnh và màu tối.
Nhìn chung, các electron chưa ghép cặp có khả năng hấp thụ năng lượng và nhảy hơn so với các electron ghép đôi, vì vậy hầu hết các vật liệu có màu chúng ta gặp đều chứa các electron chưa ghép cặp, như Fe3 +, Cu2 +, v.v. Và chúng tôi nhận thấy rằng các ion kim loại chuyển tiếp có màu sắc phong phú vì chúng đáp ứng cả hai trong các điều kiện trên:
(1) chứa các electron chưa ghép cặp;
(2) Chênh lệch năng lượng giữa các quỹ đạo sau khi tách mức năng lượng quỹ đạo electron nằm trong phạm vi năng lượng ánh sáng khả kiến.
Các ion kim loại chuyển tiếp phổ biến thường tồn tại ở dạng phức chất, chẳng hạn như hydrat, phức amoniac, phức xyanua, v.v ... Chúng thường đi kèm với sự phân tách mức năng lượng d quỹ đạo trong quá trình hình thành phức chất, có liên quan đến cấu hình của phức chất và tính chất của phối tử. Các electron d ban đầu có năm quỹ đạo năng lượng bằng nhau: dxy dyz DZX dx2-y2 dz2. Ba trong số chúng đầu tiên nằm ở góc 45 độ với trục tọa độ. Dx2-y2 nằm trên mặt phẳng xy và cùng hướng với trục tọa độ. Dz2 có hình quả tạ với vòng và kéo dài dọc theo trục z.
Năm loại quỹ đạo này bị ảnh hưởng và hạn chế bởi các phối tử ở các mức độ khác nhau trong quá trình hình thành các phức hợp. Ví dụ, xem xét hydrat cấu hình phối trí bát diện với số phối trí là 6, vì phối tử chỉ nằm ở ba hướng trục của ion trung tâm, nghĩa là, xung đột với hướng mở rộng của dx2-y2dz2, sau đó là hai d quỹ đạo của ion trung tâm bị đẩy bởi điện tích âm của phối tử và năng lượng tăng đáng kể. Ba quỹ đạo d khác so le với phối tử, và sự thay đổi năng lượng nhỏ hơn nhiều so với dx2-y2dz2. Quỹ đạo d của ion trung tâm sau đó được chia thành hai nhóm: năng lượng tương đối cao dx2-y2dz2 và năng lượng tương đối thấp DZ dyz DZX, có sự chênh lệch năng lượng (giữa 1.99 · 10-19j và 5.96 · 10-19j) có thể giảm một phần trong phạm vi ánh sáng khả kiến (5,5 · 10-19 và 3.0 · 10-19). Các electron D dễ dàng nhảy giữa hai bộ quỹ đạo này, tạo ra màu sắc ánh sáng mà mắt người có thể cảm nhận được.
Tuy nhiên, vật liệu polymer hữu cơ chủ yếu là một nhóm các hợp chất là liên kết cộng hóa trị. Các phân tử hữu cơ bão hòa cấu tạo hoàn toàn từ các liên kết có cấu trúc tương đối vững chắc và đòi hỏi năng lượng cao hơn để kích thích các electron. Do đó, sóng ánh sáng hấp thụ nằm ở vùng cực tím xa với tần số cao hơn, điều này xác định rằng các hợp chất hữu cơ bão hòa được hình thành bởi các liên kết là không màu.
2.3 bản chất màu của khối và bột
Nói tóm lại, bản chất của màu sắc của vật chất khối, dù là chất dẫn, chất bán dẫn hay chất cách điện, là sự hấp thụ chọn lọc của ánh sáng khả kiến.
Máy sơn màu trang trí PVD, liên hệ với IKS PVD Email về iks.pvd@foxmail.com