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居然有透明的金属,此刻它就在你的手里!其原材料我国产量最多

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科普大世界 2021-04-18 20:40

说到透明的材料,我们都会想到玻璃、塑料、树脂、水晶等。一般认为金属都是不透明的,金属都有自己的光泽,比如黄金是金黄色的,白银是银白色的、铜是棕红色的,大多数朋友基本都没有听说哪种金属是透明的。

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实际上目前还真有一种透明的金属材料——氧化铟锡(ITO),它是一种合金,由90%的In₂O₃和10%的SnO₂混合而成,它表现为透明茶色薄膜或黄偏灰色块状,且兼具透明和导电的特质,因此主要用于制作液晶显示屏、平板显示屏、等离子显示屏、触摸屏、有机发光二极管、太阳能电池板、抗静电镀膜、EMI屏蔽的透明传导膜,以及各种光学镀膜等,你手里的手机或面前的电脑中很可能就有用它制作的配件,而且手机和触屏电脑的屏幕也可能有用它制作的一层薄膜,所以,虽然你可能都没有听说过这种透明的金属,但是它实际上此刻很可能就在你的手中。

实际上氧化铟锡是一种半导体材料,这种材料中的能带并非连续的,相邻能带之间存在着能量差异,因此与导电性好的金属中的电子相比,氧化铟锡的电子需要吸收更多能量才能完成跃迁。而又由于氧化铟锡的相邻能级之间的带隙宽度是3.75~4.0eV,即这种材料中的电子至少需要3.75eV的能量才能完成跃迁动作,而可见光的能量是1.6~3.1eV,因此可见光的能量是不足以使让氧化铟锡中的电子完成跃迁的,因此氧化铟锡也就无法吸收可见光了,所以它看起来是透明的。这个道理与其他的透明材料也是一样的。

制作氧化铟锡这种金属透明材料离不开金属铟,但是全世界的金属铟储量十分稀少,它本身就是一种稀有金属,而且全球范围内都没有可供专门开发的铟金属矿产,它主要在铅、锌矿体中伴生,因此只有在开发铅矿和锌矿的同时对其进行开发,才具有经济效益。

↑粉状氧化铟锡

截止到2020年底,已知全球的金属铟探明储量大致为11000吨,我国是已知全球铟资源储量最多的国家,探明储量大致在8000吨左右,占全球总储量的近73%,在我国之外还有秘鲁、美国、加拿大、俄罗斯等国储量较多,但相加之和也大约只占全球的8%左右。

↑金属铟锭

我国也是目前全球金属铟产量最多的国家,每年大致产出420吨,大约占全球金属铟总产量的55%左右,这种金属有相当大的一部分都被用来制造上述的电子元件,其中也是以触摸屏幕较多。

所谓的透明,指的是一定的透光度,玻璃、塑料、树脂、水晶等透光度都很好,所以被认为是透明的,但实际上很多材料厚度较薄的情况下也都是可以透明的,比如金箔就可以做到透明的程度,还有我们常见的玉石,也有一定的透明度,一些看上去不透明的东西,在强光的照射下也都可以透出一部分光线来。

而在上面讲到的氧化铟锡之外,也有一些氧化金属物是有一定透明度的,比如常见的氧化锆,以及氧化镁、氧化铍、氧化铝、氧化钇等,另外还有砷化镓、硫化锌、硒化锌、氟化镁、氟化钙等,这些材料在使用中有时被称为透明陶瓷(或光学陶瓷),也正是因为其具有一定的透光性,所以透明的氧化金属材料是存在的。

参考资料:

《中科院物理所》官方账号微博4月7日文章《长这么大还没见过透明的金属!》

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