Tính chất quang của vật liệu pot

LOGO
GVHD: T.S Chu Việt Hà
SV: Nguyễn Đình Ngọc
Lớp Lý A K44
1
CÁC TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU
LOGO
TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
CƠ
NHIỆT
ĐIỆN
QUANG
TỪ
2
LOGO
3
Tính chất của vật liệu
1
Tương tác của ánh sáng với vật liệu
2
Các vật liệu quang và ứng dụng
3
NỘI DUNG CHÍNH
LOGO

Tính chất quang được hiểu là hành vi của
vật liệu đối với các tác dụng của bức xạ
điện tử và đặc biệt là ánh sáng nhìn thấy.
4
1

1
Tính chất quang của vật liệu
a. Khái niệm
LOGO

Khái niệm Bức xạ điện từ: là sóng gồm hai thành phần từ trường và điện trường vuông góc với
nhau và với cả phương truyền. Sóng rada, sóng radio, tia Rontgen, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn
thấy, tia hồng ngoại, tia gama, tia beta… tất cả đều là dạng bức xạ điện từ lan truyền trong chân
không với tốc độ
C=3.10
8
m/s.
5
1
1
Tính chất quang của vật liệu
b. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu quang
LOGO
Theo quan điểm cơ học lương tử. Bức xạ điện từ là các nhóm hay các bó năng lượng được gọi là các
photon. Năng lượng E của một photon bị lượng tử hóa ,tức là có những giá trị riêng quy định bởi hệ
thức: E=hv=hC/
Trong đó h:hằng số Planck có giá trị 6,63.10
-34
J.s.


6
1
1
Tính chất quang của vật liệu

b. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu quang
LOGO
7
1
1
Tính chất quang của vật liệu
b. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu quang
Dải bước sóng điện từ
LOGO
I
o
I
R
I
A
I
T
I
o
– C.độ chùm sáng tới
I
A
–C.độ chùm sáng hấp thụ
I
T
–C.độ chùm sáng truyền qua
I
R
–C.độ chùm sáng phản xạ
A –Độ hấp thụ

T –Độ truyền qua
R –Độ phản xạ
R = max  Vật thề màu trắng
A = max  Vật thể màu đen
T = max  Vật thể trong suốt

Tương tác ánh sáng với vật liệu
RTAo
IIII ++=
1
0
=++⇒++= RTA
I
I
I
I
I
I
I
I
o
R
o
T
o
A
o
LOGO

Tương tác nguyên tử và điện tử

+ Điện trường (E) tương tác với “e” bao quanh nguyên tử (ion, phân tử)
+ E đổi hướng làm lệch
mây “e” so với hạt nhân
+ Nguyên tử
(ion, phân tử) phân cực
Hệ quả
1.Một phần năng lượng bức xạ bị hấp thụ
2.Sóng ánh sáng bị chậm lại khi truyền qua môi trường
9
1
1
Tính chất quang của vật liệu
b. Các đặc trưng cơ bản của vật liệu quang
LOGO

Chuyển dời điện tử: Sự hấp thụ và phát xạ điện từ có thể gây
nên sự chuyển dời các điện tử từ trạng thái này sang trạnh thái
năng lượng khác với hf=-
Sau khi chuyển lên trạng thái kích thích có mức năng lượng cao
điện tử chuyển về mức năng lượng thấp và phát xạ điện từ


10
1
1
Tính chất quang của vật liệu
b. Các đặc trưng cơ bản
LOGO
11
2

2
Tương tác với ánh sáng của vật liệu
LOGO
Bức xạ ánh sáng tới sẽ kích thích các điện tử chuyển lên trạng thái năng lượng chưa bị chiếm,
ánh sáng bị hấp thụ một phần. Sự hấp thụ hoàn toàn chỉ xảy ra trong một lớp mặt ngoài rất mỏng nhỏ
hơn 0,1µm, như vậy chỉ có những màng kim loại mỏng hơn 0,1µm mới có khả năng truyền ánh sáng
nhìn thấy.
12
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu kim loại
LOGO
Các kim loại đều đục đối với tất cả các bức xạ điện từ ở vùng tần số thấp. Các kim loại đều trong
suốt đối với tất cả các bức xạ có tần số cao (Tia Rơnghen và tia gamma). Sự xuất hiện của màu khi chiếu
ánh sáng chứng tỏ kim loại có phản xạ mạnh trên toàn bộ giải phổ nhìn thấy. Nhôm và bạc nhìn thấy màu
trắng. Còn đồng và vàng lại thể hiện hai màu đỏ -da cam và mầu vàng.
13
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu kim loại
LOGO
Do cấu trúc vùng năng lượng điện tử của mình mà các vật liệu phi kim loại có thể là trong suốt đối
với ánh sáng nhìn thấy. Do đó ngoài phản xạ và hấp thụ còn cần khảo sát các hiện tượng khúc xạ truyền
qua.
Khúc xạ: Tia sáng truyền tới bề mặt ngoài của các vật liệu trong suốt thì giảm tốc độ và kết quả là bị
lệnh hướng tại mặt giới hạn. Nguyên nhân là do sự phân cực của điện tử
14
2

2
Tính chất quang học của vật liệu
b. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
v
c
n =
LOGO
Phản xạ: Ánh sáng bị phản xạ lại trên mặt phân cách
15
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
b. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
I
o
I
R
0
I
I
R
R
=
( )
( )
2
1
1
+
−

=
s
s
n
n
R
LOGO

Cơ chế 1: phân cực điện tử
1.Điện trường (E) tương tác với “e” bao quanh nguyên tử (ion, phân tử)
2. E đổi hướng làm lệch
mây “e” so với hạt nhân
3.Nguyên tử
(ion, phân tử) phân cực
Hệ quả
1. Nguyên tử (ion, phân tử): bề vững →Năng lượng chuyển dời điện tử : ∆E-lớn→ Vật liệu không
màu
2. Nguyên tử (ion, phân tử): dễ phân cực →Năng lượng chuyển dời điện tử : ∆E-nhỏ→ Vật liệu có
màu
16
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
Hấp thụ
LOGO
17
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
Hấp thụ
Cơ chế 2: chuyển dời “e” từ vùng hoá trị →Vùng dẫn
-∆E

> 3.1 eV: Hấp thụ: không

→ Trong suốt

∆E

= 1.8- 3.1eV: Hấp thụ: ít
→ Có màu

∆E

< 1.8 eV :
Hấp thụ: toàn bộ ánh sáng
→ Màu đục
( )( )
eV
hc
h 8.1
107
1031062,6
7
834
max
min
=
×
××
==
−
−
λ
υ

( )( )
eV
hc
h 1.3
104
1031062,6
7
834
min
max
=
×
××
==
−
−
λ
υ
LOGO
Truyền qua: thành phần của tia tới truyền qua vật liệu trong suốt phụ thuộc vào những tổn hao do hấp
thụ và phản xạ.
Màu sắc: Các vật liệu trong suốt hiện màu là do có những dải bước sóng ánh sáng bị hấp thụ chọn lọc.
Nếu sự hấp thụ xảy ra đồng đều với tất cả các bước sóng thấy được thì vật liệu hiện ra không màu, ví dụ
như các loại thủy tinh vô cơ tinh khiết cao, kim cương…
18
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
b. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO

Vật liệu vô cơ: chứa tạp chất
Rubia (Al
2
O
3
+2%Cr
2
O
3
) :
Hấp thụ λ=0.4µm : Tím-Xanh
λ=0.6µm : Vàng –Đỏ
Tán xạ +Truyền quaMàu đỏ thẫm
19
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
b. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO
Tính đục và tính trong mờ: Mức độ trong mờ và đục đối với các vật liệu điện môi trong suốt phụ thuộc
rất nhiều vào đặc tính phản xạ bên trong và truyền qua của chúng. Nhiều vật liệu điện môi vốn là trong
suốt có thể trở nên trong mờ hoặc đục nhờ phản xạ và khúc xạ bên trong. Một chùm sáng lệch hướng và
nhòa đi là do nhiều lần tán xạ. Tính đục sinh ra khi mức độ tán xạ mạnh đến mức trên thực tế không còn
một chùm ánh sáng tới nào được truyền qua không bị lệch để tới được mặt sau
20
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO

21
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
Tán xạ thường:
Màu trong suốt
Tán xạ tổ hợp:
Màu đục hoặc mờ
LOGO
Tính đục và tính trong mờ:
Đơn tinh thể và vô định hình :Chiết suất đẳng hướng → Trong suốt.
22
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
b. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO
Tính đục và tính trong mờ:
Đa tinh thể: Chiết suất ≠ → Tán xạ ≠ → Trong mờ
23
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO

Tính đục và tính trong
Vật liệu polyme tinh khiết
•

Vô định hình:
Chiết suất đẳng hướng → Trong suốt
•
Cấu trúc : tinh thể + vô định hình
Chiết suất ≠ → Khúc xạ ≠ → Trong mờ
•
Cấu trúc : tinh thể là chính
Màu đục
24
2
2
Tính chất quang học của vật liệu
a. Tính chất quang học của vật liệu phi kim loại
LOGO
Một số vật liệu có khả năng hấp thụ năng lượng rồi phát ra ánh sáng nhìn thấy (gọi là sự phát
quang). Nếu như thời gian phát ánh sáng xảy ra nhỏ hơn nhiều so với một giây thì hiện tượng được
gọi là huỳnh quang, nếu xảy ra sau thời gian lâu hơn thì gọi là lân quang. Có một số vật liệu có thể tạo
thành chất huỳnh quang hoặc lân quang, chúng gồm mốt số sunfit,oxit, volframat và một số ít chất
hữu cơ. Được ứng dụng trong nhiều mặt: chế tạo điot phát quang, đèn huỳnh quang
25
3
3
Các vật liệu quang và ứng dụng
a. Phát Quang