金屬和玻璃——透明度與光澤感之爭

我們對玻璃一點(diǎn)都不陌生，水杯、窗戶、茶幾，它滲透在生活的方方面面。我們喜歡玻璃制品的造型多變，更喜歡它自身的透明感。

金屬雖然不透明，但是它的光澤卻傳遞著現(xiàn)代感和力量感。

那現(xiàn)在問題來了，為什么玻璃是透明的，而金屬是不透明的？

玻璃為何透明，金屬為何不透明？

想要解答這個(gè)問題，要從電子層面入手。物質(zhì)原子是由原子核和電子構(gòu)成的，電子很活潑，可以吸收光子從而增加自己的能量，然后從低能量軌道躍遷到高能量軌道，光一旦被吸收，這個(gè)物質(zhì)就表現(xiàn)為不透明了。

• 玻璃：可見光（400到700納米）的能量相當(dāng)于1.8到3.1個(gè)電子伏特，絕緣體（如玻璃）的能隙太大了，光子的能量不足以支撐電子完成躍遷，光子沒有被吸收，因而這種物質(zhì)就表現(xiàn)出了透明的性質(zhì)。

我們可以通過以下視頻直觀的理解為什么玻璃是透明的：

• 金屬：它的費(fèi)米能級處在能帶之中，電子躍遷主要發(fā)生在費(fèi)米能級附近很小的能量范圍內(nèi)，光子本身被電子吸收了，所以無法穿越金屬原子，因而金屬表現(xiàn)出了不透明的性質(zhì)。

既然大家弄清楚了為什么玻璃是透明的，而金屬是不透明的原理，那么小編想問大家，為什么金屬有著強(qiáng)烈的光澤，而玻璃卻沒有？

玻璃光澤為何很弱，金屬光澤為何很強(qiáng)？

光澤即為“反射光”。經(jīng)典的觀點(diǎn)來看，當(dāng)可見光照射到物體上時(shí)，材料內(nèi)部的電子會隨可見光的電場振蕩而振蕩，電子的振蕩導(dǎo)致發(fā)出“反射光”。

而光澤的強(qiáng)弱與材料對電子的束縛能力有很大的關(guān)系：

• 玻璃中電子被限定在一個(gè)有限的區(qū)域內(nèi)振蕩，電子就比較跟不上電磁場的腳步，發(fā)出的反射光也比較弱，大部分光都透射過去了，即光澤弱；

• 金屬中電子比較自由，因此金屬中的電子就比較容易跟上電磁場振蕩的步伐，導(dǎo)致較強(qiáng)的反射率，因而反射光比較強(qiáng)，即光澤強(qiáng)；

金屬散發(fā)的光澤都很強(qiáng)，但是顏色卻各有不同。

不同的金屬光澤顏色為何不同？

這個(gè)問題涉及到一個(gè)概念——“等離體頻率”（plasma frequency）。電磁場是有頻率的，隨著波長的變短，頻率升高（振蕩變快），顏色更偏藍(lán)、紫，增加入射光的頻率，會使得金屬中的電子跟不上電磁場的振蕩，就會有一部分光透射過去。這個(gè)頻率叫做“等離體頻率”。

• 大部分金屬（如鋁、銀）：等離體頻率處于紫外波段，即電子基本上可以跟上所有可見光電磁場的振蕩，然后可見光就都被反射出來了，我們看到的光澤是銀白色的；

• 有些金屬（金）：等離體頻率在藍(lán)光波段，其自由電子對藍(lán)色、紫色光無能為力，但是金在藍(lán)光頻段有吸收，導(dǎo)致金反射光為金黃色；

生活中處處都有材料的學(xué)問，我們需要的只是一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛和一個(gè)勤于思考的大腦。