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能带和能带隙的原理有哪些?

81 2023-12-22 17:56

原理上这是能带理论与可见光之间的故事。首先解释下,为什么有些东西是透明的。

自量子力学产生之后,一些科学家在揭示原子核外电子能量的不连续性上构建了能带理论,复杂的东西对本题无用,简单的可以理解为电子处于不同的台阶上,台阶与台阶之间有个高度,叫做带隙,带隙表示不同高度台阶的能量差,比如电子从1跃迁至2必须吸收能量,通常单位是电子伏(eV)。

人眼要看到光,是由于可见光中光子打到人眼,产生电信号传入大脑,经过大脑处理,就看见了光(所以应该是,上帝说“要有光”,于是光子打到了他的眼睛)。

好冷~~通常光子的能量约是2.6eV左右。

物质中原子核的空间体积很小,其他空间大多由电子云占据,物质是否透明取决于光子能否通过,光子能否通过取决于带隙大小。

带隙小于2.6时,电子吸收光子能量进行跃迁,光子被吸收,宏观上表现为不透明;带隙大于2.6时,电子不吸收光子,因为就算吸收了也满足不了跃迁能量,所以光子通过,宏观上表现为透明。

金属中原子相互连接的大多是金属键,而金属大多又是周期性晶体结构,故能带很规律,带隙的能量比较固定。

最重要的是,大多金属的带隙都小于2.6,所以不透明。突然想到,举个实例,虽然不是金属,比如金刚石的带隙是5.4,硅是1.1,金刚石透明,硅不透明,以上都是指纯物质。原理讲完,现在讲讲实践上的吧。

想让金属透明,做成单层原子可不可以?

答案是可以的,楼上的举例已经很明显的。但是要说是不是任何金属做成单层原子结构一定能得到透明的性质,不一定,反例我也举不上来,我没一个一个试过,但是科学应该保留证伪的可能性。

还有就是楼上说的另一种方法,做成金属玻璃。这个我还算是略知一二。

工艺流程比较复杂,我就说说原理,科普一下好了。

玻璃态不同于金属态,最重要的一点是玻璃内部结构式短程有序,长程无序的,金属是长程有序的。

我比喻下吧,100个人在广场上散步,三三两两的,一对情侣,两个人保持相同的方向和步调,但是距离20米之外的另一对情侣可能是坐着的含情脉脉的望着对方,小范围内大家保持相同的运动状态,大范围内是杂乱无章的,这叫短程有序长程无序;100个人在广场上都面向同一方向,保持统一步调,这叫长程有序,也可以亲切的叫做广场舞。

玻璃态会因为不跳广场舞而表现出带隙不稳定,比如楼上的铝,作为金属态带隙稳定小于2.6,但是作为玻璃态,原本的构成能带的电子不再具有周期势场,部分带隙会大于2.6,玻璃越透明,说明大于2.6 的带隙所占比例越高。

具体怎么将金属态转化为玻璃态,就看冷却速度了,理论上讲应该是所有金属都能做成玻璃态的。题主注重的原理,大概就这些了。我不是专业搞这个的,不准确的地方您就当成科普,捧场了请点个赞。

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