Wie blockiert der dünne Goldfilm im Glas von Raumanzughelmen thermisches IR, lässt aber sichtbares Licht durch? Was ist das Eigentum?

Wenn ich mich richtig erinnere, war das Gold (und Silber) eine frühe Version dichroitischer optischer Filter. Dünnfilme aus Gold und Silber erzeugen, wenn sie in einer bestimmten Reihenfolge aufgetragen werden, „Dünnfilminterferenzen“, die im Wesentlichen zu einem optischen Bandpassfilter werden. Das Gold würde den Hochpass erzeugen, und Silber würde den Tiefpass erzeugen (ich könnte es umgekehrt haben.) Moderne Dichroika verwenden normalerweise eine Form von Titanoxid und Chromoxid, da sie billiger als Gold und Silber sind.)

Weitere Informationen im Wiki für dichroitische Filter und dichroitisches Glas.

@BlakeWalsh hat hier angefangen, die Antwort herauszufinden, und ist hier fertig , hat aber die Einladung abgelehnt , die Antwort zu posten, also werde ich sie zum Abschluss per Proxy posten.

Warum ist Gold „goldfarben“?

Mehrere Antworten ( 1 , 2 , 3 ) auf die Physik SE-Frage Warum sind die meisten Metalle grau/silbern? erklären, und ich werde wie folgt zusammenfassen:

Zusätzlich zu der hochreflektierenden Eigenschaft des „Meeres“ oder „Plasmas“ von Leitungselektronen von Massen oder Filmen aus festen oder flüssigen Metallen, einschließlich Gold, hat Gold zufällig auch sehr starke atomare Absorptionslinien im Blau um 460 nm. Wenn Sie Goldgas herstellen und weißes Licht durchsehen könnten, würde das Blau von einzelnen Goldatomen absorbiert. Dieser Community-Beitrag der American Chemical Society beschreibt es gut (aus einer längeren Diskussion herausgeschnitten):

Wenn Sie nach „NIST Atomic Spectra Database“ googeln, auf „Levels“ klicken und „Au I“ eingeben (neutrale Goldatome, Au II steht für Au+-Ionen), erhalten Sie viele Spektrallinien, die in cm-1 gemessen werden. Die, die Sie mit dem Auge sehen können, liegen zwischen Violett = 25.000 cm-1 = 400 nm (geben Sie einfach 1/x auf Ihrem Taschenrechner ein) und Rot = 14.000 cm-1 = 700 nm. Sie können die Linie bei 21.435 cm-1 = 466 nm = blau-violett, nahe der Spitze sehen. Diese Lichtwellenlänge hat die richtige Energie, um ein Elektron aus seinem niedrigsten Zustand, in dem sich 10 Elektronen in 5d-Orbitalen und eines in einem 6s-Orbital (genannt 5d10 6s1) befinden, in einen Zustand mit 5d9 6s2 zu bringen. Wenn Sie sichtbares weißes Licht durch Goldgas oder -dampf strahlen würden, würde alles außer dieser blau-violetten Farbe durchgehen. Die Farbe, die Golddampf durchdringen würde, wäre rötlich-gelb, ähnlich wie massives Gold.

Quelle Klicken Sie auf das Bild, um es in voller Größe anzuzeigen

Sie können mindestens ein Paar starke Übergänge um 460 bis 480 nm sehen, und diese würden in großen Mengen genauso auftreten wie in einem Gas. Obwohl die Hauttiefe von Gold ziemlich gering ist, ist die Atomabsorption stark genug, um einen Großteil des blauen Lichts zu absorbieren, an dessen Reflexion die Leitungselektronen so fleißig arbeiten!

Warum nicht andere Metalle?

Aus dieser Antwort :

Für Gold (mit der Ordnungszahl 79 und daher einem hochgeladenen Kern) übersetzt sich dieses klassische Bild in relativistische Geschwindigkeiten für Elektronen in s-Orbitalen. Infolgedessen gilt für die s-Orbitale von Gold eine relativistische Kontraktion, die dazu führt, dass sich ihre Energieniveaus näher an die der d-Orbitale verschieben (die vom Kern entfernt lokalisiert sind und klassischerweise geringere Geschwindigkeiten haben und daher weniger von der Relativitätstheorie beeinflusst werden). . Dadurch verschiebt sich die Lichtabsorption (bei Gold vor allem durch den 5d→6s-Übergang) vom ultravioletten in den niederfrequenteren blauen Bereich. Gold neigt also dazu, blaues Licht zu absorbieren, während es den Rest des sichtbaren Spektrums reflektiert. Dies verursacht den gelblichen Farbton, den wir „golden“ nennen.

Diese Antwort verlinkt auch auf Was verleiht Gold diesen sanften Glanz?

Beachten Sie, dass Silber auch eine starke Atomabsorptionslinie hat, aber es ist im UV, wo wir es nicht bemerken können. Dies ist ein Grund, warum Aluminium anstelle von Silber für Teleskope verwendet wird, die sowohl im UV- als auch im sichtbaren Bereich arbeiten, und der andere, dass das native Aluminiumoxid, das sich schnell auf Aluminium bildet, im Vergleich zu den dickeren und dunkleren Oxiden und Sulfiden kein Problem darstellt die sich auf Silber bilden. (mehr dazu siehe Wann bezog sich das „Resilvering“ von großen Teleskopspiegeln eigentlich auf Aluminierung und warum war es notwendig? sowie Unterziehen Hauptspiegel in großen Observatorien regelmäßig dem Entfernen und Neubeschichten des Aluminiums? Warum? )

Wie ein bescheidener Unterschied im Reflexionsvermögen einen großen Unterschied in der Transmission bedeuten kann

Die Antwort hat mit dem Vergleich von (1-x)-ähnlichen Termen und mit exponentieller Dämpfung zu tun.

Stellen Sie sich vor, ich hätte zwei Isotopenproben, Tenyearium mit einer Halbwertszeit von 10 Jahren und Oneyearium mit einer Halbwertszeit von 1 Jahr. Wenn ich 15 Jahre warte, ist der größte Teil jeder Isotopenprobe weg. 65 % des Tenyeariums sind zerfallen und über 99 % des Oneyeariums sind zerfallen. Das ist nur ein Unterschied von 35 % in der zerfallenen Menge.

Das bedeutet aber auch, dass, während 35% des Tenyeariums übrig geblieben sind , nur 0,003% des Oneyeariums übrig geblieben sind. Das bedeutet, dass das Oneyearium um einen Faktor von über 11.000 stärker gedämpft wurde als das Tenyearium.

Das gleiche mit Gold. Während ein dünner Goldfilm auf dem Visier eines Astronauten beispielsweise 50 % des grünen und blauen Lichts dämpfen kann, kann er 90 oder 95 % des Infrarotlichts gedämpft haben.

Unterschiede in der Dämpfung können viel größer sein als Unterschiede in der Reflexion. Daher unterschätzt der Abfall des Reflexionsvermögens von Gold wahrscheinlich die Wirksamkeit als Dämpfungsglied, wenn es in der Dünnschichtübertragung verwendet wird.