Η ίδια η μεμβράνη αντανακλά ή απορροφά επιλεκτικά το προσπίπτον φως και το χρώμα της είναι αποτέλεσμα των οπτικών ιδιοτήτων της μεμβράνης. Το χρώμα των λεπτών μεμβρανών παράγεται από το ανακλώμενο φως, επομένως πρέπει να ληφθούν υπόψη δύο πτυχές, δηλαδή το εγγενές χρώμα που παράγεται από τα χαρακτηριστικά απορρόφησης των μη διαφανών υλικών λεπτών μεμβρανών για το φάσμα ορατού φωτός και το χρώμα συμβολής που παράγεται από πολλαπλές ανακλάσεις διαφανών ή ελαφρώς απορροφητικών υλικών λεπτών μεμβρανών.
1. Εγγενές χρώμα
Τα χαρακτηριστικά απορρόφησης των αδιαφανών υλικών λεπτής μεμβράνης στο φάσμα ορατού φωτός οδηγούν στην εμφάνιση εγγενών χρωμάτων και η πιο σημαντική διαδικασία είναι η μετάβαση της ενέργειας των φωτονίων που απορροφάται από τα ηλεκτρόνια. Για τα αγώγιμα υλικά, τα ηλεκτρόνια απορροφούν ενέργεια φωτονίων στη μερικώς γεμάτη ζώνη σθένους για να μεταβούν σε μια μη γεμάτη κατάσταση υψηλής ενέργειας πάνω από το επίπεδο Fermi, η οποία ονομάζεται μετάβαση εντός ζώνης. Για τους ημιαγωγούς ή τα μονωτικά υλικά, υπάρχει ένα ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας. Μόνο ηλεκτρόνια με απορροφούμενη ενέργεια μεγαλύτερη από το πλάτος του ενεργειακού χάσματος μπορούν να διασχίσουν το χάσμα και να μεταβούν από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας, γνωστή ως μετάβαση μεταξύ ζωνών. Ανεξάρτητα από το είδος της μετάβασης, θα προκαλέσει ασυνέπεια μεταξύ του ανακλώμενου και του απορροφούμενου φωτός, η οποία προκαλεί το υλικό να εμφανίσει το εγγενές του χρώμα. Υλικά με πλάτος χάσματος ζώνης μεγαλύτερο από το όριο της ορατής υπεριώδους ακτινοβολίας, όπως αυτά που είναι μεγαλύτερα από 3,5 eV, είναι διαφανή στο ανθρώπινο μάτι. Το πλάτος χάσματος ζώνης των υλικών με στενό χάσμα ζώνης είναι μικρότερο από το όριο υπέρυθρης ακτινοβολίας του ορατού φάσματος και αν είναι μικρότερο από 1,7 eV, φαίνεται μαύρο. Τα υλικά με εύρος ζώνης στη μεσαία περιοχή μπορούν να εμφανίσουν χαρακτηριστικά χρώματα. Η πρόσμιξη μπορεί να προκαλέσει μεταβάσεις μεταξύ ζωνών σε υλικά με μεγάλα ενεργειακά κενά. Τα στοιχεία πρόσμιξης δημιουργούν ένα ενεργειακό επίπεδο μεταξύ των ενεργειακών κενών, διαιρώντας τα σε δύο μικρότερα ενεργειακά διαστήματα. Τα ηλεκτρόνια που απορροφούν χαμηλότερη ενέργεια μπορούν επίσης να υποστούν μεταβάσεις, με αποτέλεσμα το αρχικό διαφανές υλικό να παρουσιάζει χρώμα.
1. Χρώμα παρεμβολής
Τα διαφανή ή ελαφρώς απορροφητικά υλικά λεπτής μεμβράνης εμφανίζουν χρώματα συμβολής λόγω των πολλαπλών ανακλάσεων του φωτός. Η συμβολή είναι η αλλαγή στο πλάτος που συμβαίνει μετά την υπέρθεση κυμάτων. Στη ζωή, εάν υπάρχει μια μεμβράνη λαδιού στην επιφάνεια της λακκούβας νερού, μπορεί να παρατηρηθεί ότι η μεμβράνη λαδιού παρουσιάζει ιριδισμό, το οποίο είναι το χρώμα που παράγεται από την τυπική συμβολή μεμβράνης. Η εναπόθεση ενός λεπτού στρώματος διαφανούς μεμβράνης οξειδίου σε ένα μεταλλικό υπόστρωμα μπορεί να επιτύχει πολλά νέα χρώματα μέσω συμβολής. Εάν ένα μόνο μήκος κύματος φωτός προσπίπτει από την ατμόσφαιρα στην επιφάνεια του διαφανούς στρώματος, ένα μέρος του ανακλάται στην επιφάνεια της λεπτής μεμβράνης και επιστρέφει απευθείας στην ατμόσφαιρα. Το άλλο μέρος υφίσταται διάθλαση μέσω της διαφανούς μεμβράνης και ανακλάται στη διεπαφή του υποστρώματος της μεμβράνης. Στη συνέχεια, συνεχίζεται η μετάδοση της διαφανούς μεμβράνης και η διάθλαση στη διεπαφή μεταξύ της μεμβράνης και της ατμόσφαιρας πριν επιστρέψει στην ατμόσφαιρα. Τα δύο αυτά θα οδηγήσουν σε διαφορά οπτικής διαδρομής και υπερτιθέμενη συμβολή.
Ώρα δημοσίευσης: 30 Ιουνίου 2023