Sama folia selektywnie odbija lub pochłania padające światło, a jej kolor wynika z właściwości optycznych folii. Kolor cienkich warstw powstaje w wyniku odbicia światła, dlatego należy wziąć pod uwagę dwa aspekty: kolor własny generowany przez właściwości absorpcyjne nieprzezroczystych materiałów cienkowarstwowych w zakresie światła widzialnego oraz kolor interferencyjny generowany przez wielokrotne odbicia przezroczystych lub lekko absorbujących materiałów cienkowarstwowych.
1. Kolor wewnętrzny
Absorpcyjne właściwości nieprzezroczystych materiałów cienkowarstwowych w zakresie światła widzialnego prowadzą do pojawienia się barw własnych, a najważniejszym procesem jest przejście energii fotonów zaabsorbowanej przez elektrony. W przypadku materiałów przewodzących elektrony absorbują energię fotonów w częściowo zapełnionym paśmie walencyjnym, aby przejść do niewypełnionego stanu wysokoenergetycznego powyżej poziomu Fermiego, co nazywa się przejściem wewnątrzpasmowym. W przypadku półprzewodników lub materiałów izolacyjnych istnieje przerwa energetyczna między pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa. Tylko elektrony o energii zaabsorbowanej większej niż szerokość przerwy energetycznej mogą przekroczyć przerwę i przejść z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, co jest znane jako przejście międzypasmowe. Niezależnie od rodzaju przejścia, spowoduje ono niespójność między światłem odbitym a światłem zaabsorbowanym, co powoduje, że materiał wykazuje swój kolor własny. Materiały o szerokości przerwy energetycznej większej niż granica widzialnego ultrafioletu, takie jak te większe niż 3,5 eV, są przezroczyste dla ludzkiego oka. Szerokość przerwy energetycznej materiałów o wąskiej przerwie energetycznej jest mniejsza niż granica podczerwieni w widmie widzialnym, a jeśli jest mniejsza niż 1,7 eV, materiał wydaje się czarny. Materiały o szerokości pasma w obszarze środkowym mogą wykazywać charakterystyczne kolory. Domieszkowanie może powodować przejścia międzypasmowe w materiałach o szerokich przerwach energetycznych. Domieszkowanie pierwiastków tworzy poziom energetyczny między przerwami energetycznymi, dzieląc je na dwa mniejsze przedziały energetyczne. Elektrony absorbujące niższą energię również mogą ulegać przejściom, w wyniku czego oryginalny materiał przezroczysty staje się kolorowy.
1.Kolor interferencyjny
Przezroczyste lub lekko absorbujące materiały cienkowarstwowe wykazują kolory interferencyjne ze względu na wielokrotne odbicia światła. Interferencja to zmiana amplitudy, która występuje po superpozycji fal. W życiu, jeśli na powierzchni kałuży znajduje się film olejowy, można zaobserwować, że film olejowy wykazuje iryzację, czyli kolor wytwarzany przez typową interferencję filmów. Osadzanie cienkiej warstwy przezroczystego tlenku na metalowym podłożu może uzyskać wiele nowych kolorów poprzez interferencję. Jeśli pojedyncza długość fali światła pada z atmosfery na powierzchnię warstwy przezroczystej, jego część odbija się od powierzchni cienkiego filmu i bezpośrednio wraca do atmosfery; pozostała część ulega załamaniu przez przezroczysty film i odbija się na granicy faz podłoża filmu. Następnie kontynuuje transmisję przezroczystego filmu i załamuje się na granicy faz między filmem a atmosferą, zanim powróci do atmosfery. Oba te zjawiska spowodują różnicę dróg optycznych i nałożoną interferencję.
Czas publikacji: 30 czerwca 2023 r.