Mecanismul de generare a culorilor semiconductorilor și izolatorilor

Mecanismul de generare a culorilor semiconductorilor și izolatorilor

Diferența esențială între conductori și semiconductori și izolatori este absența unui gol de bandă. Într-un conductor, banda de valență și banda de conducere se suprapun. Nu există niciun decalaj între ele. Electronii se mișcă ușor. Cu toate acestea, în semiconductori și izolatori, există un decalaj între banda lor de valență și banda de ghidare. Lățimea de spațiu a diferitelor materiale este diferită, iar lățimea de izolare a izolatoarelor este mult mai largă decât cea a semiconductorilor. Într-un semiconductor, electronii cu bandă de valență absorb suficientă energie pentru a pompa cu ușurință conducta către banda de conducere. Într-un izolator, electronii cu bandă de valență nu pot obține energie dincolo de lățimea golului din excitația termică și să sară la banda de conducere. Prin urmare, există câțiva electroni în banda de conducere a unui izolator, deci nu există aproape nici o conductă.

Semiconductorii și izolatorii găsiți în natură includ de obicei ceramică și polimeri, care au goluri de bandă. Domeniul de lungime de undă a luminii vizibile este de 380-760nm, iar energia fotonică a celei mai puternice lumini violete este de aproximativ 3,2ev. Când distanța de bandă a izolatorului depășește 3,2 V, izolatorul nu va absorbi nicio lumină vizibilă, care poate fi transmisă complet. În acest moment, culoarea materialului izolator va fi afectată în principal de microstructura acestuia. De exemplu, alumina monocristalină este transparentă; Alumina policristalină, datorită indicelui de refracție diferit al diferitelor boabe, face împrăștierea luminii incidente în procesul de propagare internă a cristalului, ceea ce reduce transparența materialului; Alumina policristalină sau poroasă este complet opacă datorită împrăștierii mai mari a luminii incidente. Materialul este alb.

Compușii ionici tipici pot absorbi lumina numai în regiunea ultraviolete cu o frecvență mai mare, dar nu și lumina din regiunea optică. Prin urmare, compușii ionici tipici sunt de obicei solide incolore sau albe. Când cationul metalic și anionul compusului se polarizează între ele, norul de electroni se suprapune într-o anumită măsură și arată o anumită covalență. Când covalența compusului atinge un anumit grad, acesta absoarbe o parte din lumina colorată, făcând compusul să apară o anumită culoare. Odată cu creșterea covalenței compusului, gama de absorbție a luminii vizibile crește, iar culoarea compusului se adâncește treptat. Covalența sa depinde de polarizarea și deformabilitatea cationilor și anionilor metalici. Dacă polarizarea și deformarea ionilor sunt mari, compusul are covalență puternică și culoare închisă.

În general, electronii neperecheți sunt mult mai susceptibili să absoarbă energie și să sară decât electronii împerecheți, astfel încât majoritatea materialelor colorate pe care le întâlnim conțin electroni neperecheți, cum ar fi Fe3 +, Cu2 + etc. Și observăm că ionii de metal de tranziție au culori bogate, deoarece întâlnesc ambele din condițiile de mai sus:

(1) conțin electroni neperecheți;

(2) Diferența de energie dintre orbitali după divizarea nivelului de energie orbitală a electronilor se încadrează în domeniul energiei luminoase vizibile.

Ionii de metale de tranziție obișnuite există adesea sub formă de complexe, cum ar fi hidrați, complexe de amoniac, complexe de cianuri etc. Sunt adesea însoțite de divizarea nivelurilor de energie orbitală în procesul formării complexelor, care este legată de configurarea complexele și proprietățile liganzilor înșiși. Electronul d avea inițial cinci orbitale cu energie egală: dxy dyz DZX dx2-y2 dz2. Primele trei dintre ele sunt la un unghi de 45 de grade cu axa de coordonate. Dx2-y2 este pe planul xy și în aceeași direcție cu axa de coordonate. Dz2 are formă de gantere cu inel și se extinde de-a lungul axei z.

Aceste cinci tipuri de orbitali sunt afectați și restricționați de liganzi la diferite grade în procesul de formare a complexelor. De exemplu, luând în considerare configurația de coordonare octaedrică se hidratează cu un număr de coordonare de 6, deoarece ligandul este doar localizat pe direcțiile de trei axe ale ionului central, adică în conflict cu direcția de extensie a dx2-y2dz2, apoi cele două d orbitalii ionului central sunt respingători prin încărcarea negativă a ligandului și energia crește semnificativ. Celelalte trei orbitale d se încadrează cu ligandul, iar schimbarea de energie este mult mai mică decât cea a dx2-y2dz2. Orbitalul d al ionului central este apoi împărțit în două grupuri: energia relativ ridicată dx2-y2dz2 și energia relativ mică dxy dyz DZX, a cărei diferență energetică (între 1,99 · 10-19j și 5,96 · 10-19j) poate cădea parțial în intervalul luminii vizibile (5,5 · 10-19 și 3,0 · 10-19). Electronii D sară cu ușurință între aceste două seturi de orbitale, producând culoarea luminii pe care ochiul uman o poate percepe.

Materialele polimerice organice, însă, sunt în mare parte o clasă de compuși care sunt legături covalente. Moleculele organice saturate compuse în întregime din legături au o structură relativ solidă și necesită energie mai mare pentru a excita electronii. Prin urmare, unda de lumină absorbită se află în regiunea ultravioletă, cu frecvență mai mare, ceea ce determină faptul că compușii organici saturați formați prin legături sunt incolori.

2.3 natura culorii blocurilor și pulberilor
Pe scurt, esența culorii materiei în vrac, indiferent că este conductor, semiconductor sau izolator, este absorbția selectivă a luminii vizibile.

Mașină decorativă de acoperire color PVD, contactați IKS PVD ， E-mail ： iks.pvd@foxmail.com