Färggenereringsmekanism för halvledare och isolatorer

Färggenereringsmekanism för halvledare och isolatorer

Den väsentliga skillnaden mellan ledare och halvledare och isolatorer är frånvaron av ett bandgap. I en ledare överlappar valensbandet och ledningsbandet. Det finns inget gap mellan dem. Elektroner rör sig lätt. I halvledare och isolatorer finns det emellertid ett gap mellan deras valensband och styrband. Spaltbredden för olika material är annorlunda, och mellanrumsbredden på isolatorer är mycket bredare än för halvledare. I en halvledare absorberar valensbandelektroner tillräckligt med energi för att enkelt pumpa ledningen till ledningsbandet. I en isolator kan valensbandelektroner inte erhålla energi utöver gapbredden från termisk excitation och hoppa till ledningsbandet. Därför finns det få elektroner i ledningsbandet för en isolator, så det finns nästan ingen ledning.

Halvledare och isolatorer som finns i naturen inkluderar vanligtvis keramik och polymerer, som har bandgap. Våglängdsområdet för synligt ljus är 380-760nm, och fotonenergin för det mest energiska violetta ljuset är cirka 3,2ev. När bandgapet i isolatorn överstiger 3,2 eV kommer isolatorn inte att absorbera synligt ljus, vilket kan överföras fullständigt. Vid denna punkt påverkas isolatormaterialets färg huvudsakligen av dess mikrostruktur. Exempelvis är monokristallin aluminiumoxid transparent; Polykristallin aluminiumoxid, på grund av det olika brytningsindexet för olika korn, gör att det infallande ljuset sprids i processen för intern spridning av kristallen, vilket minskar materialets transparens; Polykristallin eller porös aluminiumoxid är fullständigt ogenomskinlig på grund av den större spridningen av infallande ljus. Materialet är vitt.

Typiska joniska föreningar kan endast absorbera ljuset i det ultravioletta området med högre frekvens, men inte ljuset i det optiska området. Därför är typiska joniska föreningar vanligtvis färglösa eller vita fasta ämnen. När metallkatjonen och anjonen av föreningen polariserar med varandra, överlappar elektronmolnet i viss utsträckning och visar en viss samsyn. När föreningens övergripande nivå når en viss grad, absorberar den en del av det färgade ljuset, vilket gör att föreningen verkar vara en viss färg. Med ökningen av föreningens kovalens ökar absorptionsområdet för synligt ljus, och föreningens färg fördjupas gradvis. Dess kovalens beror på polariseringen och deformerbarheten hos metallkationer och anjoner. Om polariseringen och deformationen av joner är stor, har föreningen stark kovalency och mörk färg.

I allmänhet är det ofta oparade elektroner som absorberar energi och hoppar än parade elektroner, så de flesta färgade material vi möter innehåller oparade elektroner, som Fe3 +, Cu2 +, etc. Och vi märker att övergångsmetalljonerna har rika färger eftersom de möter båda av ovanstående villkor:

(1) innehåller oparade elektroner;

(2) Energiförskjutningen mellan orbitaler efter uppdelningen av elektronisk orbital energinivå faller inom området synlig ljusenergi.

Vanliga övergångsmetalljoner förekommer ofta i form av komplex, såsom hydrater, ammoniakkomplex, cyanidkomplex, etc. De åtföljs ofta av uppdelning av d orbitalenerginivåer i processen att bilda komplex, vilket är relaterat till konfigurationen av komplex och ligandernas egenskaper. D-elektronen hade ursprungligen fem lika stora orbitaler: dxy dyz DZX dx2-y2 dz2. De tre första är i en vinkel på 45 grader med koordinataxeln. Dx2-y2 är på xy-planet och i samma riktning med koordinataxeln. Dz2 är hantelformad med ring och sträcker sig längs z-axeln.

Dessa fem slags orbitaler påverkas och begränsas av ligander i varierande grad i processen att bilda komplex. Till exempel, med tanke på den oktaedriska koordinationskonfigurationens hydrat med ett koordinationsnummer på 6, eftersom liganden bara är belägen i de tre axelriktningarna för den centrala jonen, det vill säga i konflikt med förlängningsriktningen för dx2-y2dz2, sedan de två d orbitaler i den centrala jonen är avvisande av ligandens negativa laddning och energin ökar signifikant. De andra tre d-orbitalerna vaggar med liganden, och energiförändringen är mycket mindre än för dx2-y2dz2. Centralbanans d-bana delas sedan upp i två grupper: den relativt höga energin dx2-y2dz2 och den relativt låga energin dxy dyz DZX, vars energiförskjutning (mellan 1,99 · 10-19j och 5,96 · 10-19j) delvis kan falla inom det synliga ljusområdet (5,5 · 10-19 och 3.0 · 10-19). D-elektroner hoppar lätt mellan dessa två uppsättningar av orbitaler, vilket ger den ljusfärg som det mänskliga ögat kan förstå.

Organiska polymermaterial är dock mestadels en klass av föreningar som är kovalenta bindningar. Mättade organiska molekyler som består helt av bindningar är relativt fasta i struktur och kräver högre energi för att väcka elektroner. Därför är den absorberade ljusvågen i det yttersta ultravioletta området med högre frekvens, vilket bestämmer att mättade organiska föreningar som bildas av bindningar är färglösa.

2.3 färgkaraktär hos block och pulver
Kort sagt är kärnan i färgen på bulkmaterial, antingen ledare, halvledare eller isolator, den selektiva absorptionen av synligt ljus.

PVD dekorativ färgbeläggningsmaskin, kontakta IKS PVD ， E-post ： iks.pvd@foxmail.com