Ánh sáng được phát ra từ các vật liệu: Ánh sáng từ Mặt trời, từ đám cháy, từ đèn tròn, từ sinh vật,..
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng vật liệu (GV Nguyễn Văn Dũng) - Chương 6: Tính chất quang của vật liệu
- LOGO 1
- 2
Ánh sáng được phát ra từ các vật liệu (nguồn sáng) như:
ü Ánh sáng trắng từ mặt trời
ü Ánh sáng phát ra từ đám cháy
ü Ánh sáng phát ra từ đèn tròn
ü Ánh sáng vàng phát ra từ đèn natri
ü Ánh sáng từ phản ứng hóa học
ü Ánh sáng từ sinh vật
- 3
ü Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ (electromagnetic radiation).
ü Ánh sáng có các bức xạ ở dạng sóng (wave) và các lượng tử
(photon) dạng hạt (particle) được phát ra từ vật liệu.
- 4
Các thông số quan trọng của ánh sáng là:
ü Năng lượng photon E
ü Bước sóng (wavelength) λ
ü Tần số (frequency) v
Mối liên hệ của các thông số này:
h – hằng số Planck = 6,6262.10-34 J.s
c – tốc độ ánh sáng trong chân không = 3.108 m/s
- 5
- 6
Mắt con người chỉ thấy được:
ü Bước sóng từ 400 – 700 nm
(visible light)
ü Năng lượng từ 1,8 eV to 3,1 eV
ü Tần số từ 4,3x1014 đến 7,5x1014 Hz
Tím Xanh dương Xanh lá cây Vàng Cam Đỏ
Violet Blue Green Yellow Orange Red
- 7
Khi chiếu 1 tia ánh sáng vào chất rắn, có thể xảy ra các hiện tượng sau:
ü Phản xạ (reflection)
ü Truyền qua (transmission)
ü Hấp thụ (absorption)
ü Khúc xạ (refraction)
Mỗi vật liệu sẽ
có khả năng
khác nhau với
các hiện tượng
trên.
- 8
Cường độ (intensity) của tia ánh sáng tới (I0) bị tách thành các
tia phản xạ (IR), truyền qua (IT) và hấp thụ (IA)
Reflected: IR Absorbed: IA
Transmitted: IT
Incident: I0
Scattered: IS
I 0 = IT + I R + I A =T + R+ A
Ø Tỉ số IT/I0 = T là hệ số truyền qua (transmissivity)
Ø Tỉ số IA/I0 = A là hệ số hấp thu (absorptivity)
Ø Tỉ số IR/I0 = R là hệ số phản xạ (reflectivity)
- 9
Hiện tượng quang học xảy ra trong lòng chất rắn bao gồm các tương
tác giữa bức xạđiện từ với các điện tử, ion và nguyên tử
Hai trong các tương tác quan trọng
nhất là sự phân cực điện tử
(electronic polarization) và sự
chuyển mức năng lượng điện tử
(electron energy transitions)
- 10
electron
no cloud
transmitted
transmitted + + distorts
light light
Ø Bản chất ánh sáng là sóng điện từ, nên có tương tác với đám
mây electron bao quanh nguyên tử, tạo nên sự phân cực điện tử.
Ø Hệ quả:
ü Đám mây electron của nguyên tử bị biến dạng, lệch so với hạt
nhân
ü Một phần năng lượng ánh sáng bị hấp thụ
ü Vận tốc ánh sáng bị chậm lại, tạo nên sự khúc xạ
- 11
Electron thuộc lớp vỏ nguyên tử, ion nhận năng lượng ánh sáng, nhảy
từ trạng thái bền (ground state) lên trạng thái kích thích (excited
state)
Chỉ những bức xạ có năng
lượng thích hợp mới giúp
electron chuyển sang trạng
thái kích thích (bước sóng đó
bị hấp thụ).
- 12
Ø Điện tử tiếp nhận năng lượng từ photon và nhảy lên mức năng lượng cao
hơn → hấp thụ tự phát
Ø Điện tử bức xạ ra năng lượng dưới dạng photon và nhảy xuống mức năng
lượng thấp hơn → bức xạ tự phát
q Các đặc trưng quang học của chất rắn biểu hiện qua sự hấp thụ và bức
xạ các sóng điện từ
- 13
Ánh sáng bị giảm vận tốc (giảm bước sóng, tần số không đổi) và đổi hướng
khi truyền qua vật liệu. Chỉ số khúc xạ (chiết suất) n được định nghĩa là:
- 14
Chiết suất phụ thuộc vào bản chất vật liệu và bước sóng tới (hiện tượng tán
sắc) n2 < n1 n1 sin f2
f2 =
n2 sin f1
n2
f1 = góc tới
n1
f2 = góc khúc xạ
fc = góc tới hạn
fc
khi f2 = 90°
f1
Khi f1 > fc, ánh sáng bị phản xạ bên trong
Sợi quang học (optical fiber) là vật liệu có chiết suất n cao để mà toàn
bộ ánh sáng phản xạ bên trong và không thoát khỏi vật liệu.
- 15
§ Kim loại phản xạ hầu như toàn bộ ánh sáng (có ánh kim), R =
0,90 – 0,95. Thủy tinh có R ≈ 0,05.
§ Cu và Au hấp thụ tia blue và green nên
có màu vàng
2
æ n - 1ö
R =ç ÷ = reflectivity
è n + 1ø
VD: kim cương có hệ số phản xạ là
2
æ 2.41 - 1 ö
R=ç ÷ = 0.17 = 17%
è 2.41 + 1 ø
- 16
Kim loại hấp phụ photon bởi quá trình chuyển mức electron
Energy of electron
unfilled states
DE = hn required!
Io filled states
Planck’s constant freq.
of
(6.63 x 10-34 J/s) incident
light
ü Kim loại có một dãy trạng thái năng lượng kế tiếp nhau, nên có thể
hấp thụ nhiều bước sóng khác nhau
ü Electron ngoài bề mặt kim loại hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và bức
xạ lại sóng ánh sáng cùng tần số
- 17
Với vật liệu phi kim loại, năng lượng photon giúp kích thích electron từ
vùng hóa trị lên vùng dẫn với điều kiện:
Với bước sóng vùng khả kiến (400 – 700 nm); 1,8 eV < Eg < 3,1 eV
hay
- 18
Quá trình hấp thụ photon xảy ra khi hv > Eg
Energy of electron
unfilled states
violet light: hn = 3.1 eV
red light: hn = 1.8 eV
incident photon
Egap
energy hn
Io filled states
Nếu Eg < 1,8 eV, vật liệu hấp thụ toàn bộ, màu đen (C, Si, GaAs)
Nếu Eg > 3.1 eV, vật liệu hoàn toàn không hấp thụ, không màu (kim cương)
Nếu Eg ở giữa, vật liệu hấp thụ chọn lọc, có màu cụ thể.
- 19
Phần ánh sáng truyền qua là phần còn lại sau khi hấp thụ và phản xạ,
→ Cường độ tia ló bị giảm và phụ thuộc vào bước sóng.
Tỉ lệ các hiện tượng theo bước sóng tới trên một thủy tinh xanh dương
- 20
Ø Màu của vật liệu trong suốt là kết quả của quá trình
hấp thụ chọn lọc ánh sáng, là sự kết hợp của những
bước sóng được truyền qua.
Ø Nếu sự hấp thụ là đồng đều cho tất cả các bước
sóng, vật liệu là không màu.
VD: thủy tinh tinh khiết, kim cương tinh khiết, đá sapphire.
Ø Dựa vào Eg, vật liệu chỉ hấp phụ một phần bước
sóng ánh sáng, màu khác nhau.
VD: CdS có Eg = 2,4 eV, hấp thụ bước sóng năng lượng
cao (blue, violet), nên những tia đỏ, vàng, vàng cam
truyền qua tạo màu cho nó.
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
