Un material aparecerá transparente si
- No absorbe la luz visible debido a su estructura electrónica (banda prohibida)
(y / o) - Es muy delgada
(y / o) - Tiene una microestructura que consta de grandes agujeros por los que puede pasar la luz sin dispersarse.
(y / o) - No tiene una microestructura que dispersa la luz difusamente
- No se está observando en una situación en la que hay un gran desajuste del índice de refracción
Ahora hagamos esto más concreto. fuente de la imagen: galerías de amatista: cuarzo
El cuarzo es una forma cristalina de SiO2, y cuando está lo suficientemente limpio, parece transparente. Esto se debe a que la estructura electrónica tiene un intervalo de banda cuya energía excede suficientemente la energía del fotón ([matemática] E = hc / \ lambda [/ matemática], donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz y [matemática] \ lambda [/ math] es la longitud de onda de la luz). Los materiales cristalinos que son transparentes también son aislantes, debido a la brecha de banda. fuente de imagen: brecha de banda
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Una advertencia a las declaraciones anteriores: si un material cristalino tiene estados de impureza dentro del intervalo de banda, a veces puede tener absorción de luz visible, lo que lleva a la opacidad. Fuente de imagen
El vidrio que contiene esta agua es (probablemente) una forma amorfa de SiO2. Uno puede pensar que los materiales amorfos aislantes (o líquidos como el agua en el vaso) tienen bandas de valencia, bandas de conducción y espacios de banda, pero carecen de la direccionalidad de un cristal. Por lo tanto, el agua y el vidrio son transparentes por las mismas razones que algunos materiales cristalinos: su estructura electrónica limita la absorción de la luz visible.
Fuente de imagen
Ahora consideremos el vapor que no parece transparente porque consiste en pequeñas gotas de agua que dispersan la luz. En lugar de que la luz llegue directamente a los ojos, se refleja en direcciones aleatorias (ver imagen a continuación). Esta es también la razón por la que la leche no es transparente: tiene pequeñas partículas de grasa que dispersan la luz de manera difusa. Lo mismo puede suceder en superficies rugosas, razón por la cual el vidrio esmerilado es helado. Dispersión de luz desde una superficie rugosa. Fuente: dispersión de la luz
Vidrio escarchado. Fuente de imagen
Los teléfonos inteligentes tienen pantallas táctiles capacitivas, que requieren un material metálico y transparente, y la mayoría de los fabricantes usan óxido de estaño indio (ITO). ITO es transparente porque es lo suficientemente delgado .
Fuente de imagen
ITO a granel se ve como el lado izquierdo de la imagen a continuación (la derecha es una película delgada sobre un trozo de vidrio): fuente de la imagen: Edwards ‘Group Research
El espesor exacto donde un material se vuelve transparente varía de unos pocos nanómetros a unas pocas micras.
Finalmente, el índice de refracción de un material puede hacer una diferencia en cuanto a cuán transparente es el material, dependiendo de qué medio se propague la luz antes de golpear el material. La reflectividad (entre 0 y 1) de la interfaz viene dada por:
[matemáticas] R = | \ frac {n_1 – n_2} {n_1 + n_2} | ^ 2 [/ matemáticas]
y la transmisión viene dada por:
T = 1-R
En la ecuación anterior [math] n_1 [/ math] y [math] n_2 [/ math] son los índices de refracción de los dos medios ([math] n_2 [/ math] a menudo se considera ~ 1, que es el refractivo índice para el aire). Como ejemplo, [math] TiO_2 [/ math], un ingrediente común en el protector solar, tiene un índice de refracción de 2.9 para la luz verde (550 nm) que proporciona una reflectividad de 0.24 y una transmisividad de solo 76% (suponiendo que sea interconectado con el aire), a pesar de que la energía de la luz es más pequeña que la banda prohibida.
