Как тонкая золотая пленка в стекле шлемов скафандров блокирует тепловое инфракрасное излучение, но пропускает видимое? Какая собственность?

Если я правильно помню, золото (и серебро) были ранней версией дихроичных оптических фильтров. Тонкие пленки золота и серебра при нанесении в определенном порядке создают «тонкопленочные интерференции», которые по существу становятся оптическим полосовым фильтром. Золото создаст высокие частоты, а серебро создаст низкие частоты (может быть, у меня наоборот). Современные дихроики обычно используют некоторые формы оксида титана и оксида хрома, поскольку они дешевле, чем золото и серебро.)

больше информации о дихроичных фильтрах и дихроичном стекле на вики.

@BlakeWalsh начал выяснять ответ здесь и закончил здесь, но отклонил приглашение опубликовать ответ, поэтому я закончу, опубликовав его по доверенности.

Почему золото «золотого цвета»?

Несколько ответов ( 1 , 2 , 3 ) на вопрос Physics SE Почему большинство металлов серые/серебристые? объяснить это, и я резюмирую следующим образом:

В дополнение к сильно отражающему свойству «моря» или «плазмы» электронов проводимости объема или пленок твердых или жидких металлов, включая золото, золото также имеет очень сильные линии атомного поглощения в синем цвете около 460 нм. Если бы вы могли сделать золотой газ и смотреть сквозь него на белый свет, синий цвет был бы поглощен отдельными атомами золота. Этот пост сообщества Американского химического общества хорошо описывает это (вырезано из более длинного обсуждения):

Если вы погуглите «База данных атомных спектров NIST», нажмете «Уровни» и введете «Au I» (нейтральные атомы золота, Au II для ионов Au+), вы получите множество спектральных линий, измеренных в см-1. Те, которые вы можете видеть глазом, находятся между фиолетовым = 25 000 см-1 = 400 нм (просто введите 1/x на вашем калькуляторе) и красным = 14 000 см-1 = 700 нм. Вы можете видеть линию на 21 435 см-1 = 466 нм = сине-фиолетовая, ближе к верху. Эта длина волны света имеет достаточную энергию, чтобы переместить электрон из самого нижнего состояния, где 10 электронов находятся на 5d-орбиталях и один на 6s-орбитали (называется 5d10 6s1), в состояние с 5d9 6s2. Если бы вы пропустили видимый белый свет через газ или пары золота, все, кроме этого сине-фиолетового цвета, прошло бы сквозь него. Цвет, который будет проходить через пары золота, будет красновато-желтым, очень похожим на чистое золото.

Исходное изображение щелкните по изображению, чтобы просмотреть его в полном размере

Вы можете увидеть, по крайней мере, пару сильных переходов в области 460–480 нм, и они происходят в массе точно так же, как и в газе. Несмотря на то, что толщина скин-слоя золота довольно мала, атомная абсорбция достаточно сильна, чтобы поглотить большую часть синего света , над отражением которого так усердно работают электроны проводимости !

Почему не другие металлы?

Из этого ответа :

Для золота (с атомным номером 79 и, следовательно, сильно заряженным ядром) эта классическая картина выражается в релятивистских скоростях электронов на s-орбиталях. В результате к s-орбиталям золота применяется релятивистское сжатие, из-за чего их энергетические уровни смещаются ближе к уровням d-орбиталей (которые локализованы вдали от ядра и, говоря классическим языком, имеют более низкие скорости и, следовательно, меньше подвержены влиянию теории относительности). . Это смещает поглощение света (для золота в первую очередь за счет перехода 5d→6s) из ультрафиолетового диапазона вниз в низкочастотный синий диапазон. Таким образом, золото имеет тенденцию поглощать синий свет и отражать остальную часть видимого спектра. Это вызывает желтоватый оттенок, который мы называем «золотым».

Этот ответ также связан с тем, что придает золоту мягкое сияние?

Обратите внимание, что у серебра также есть сильная линия атомного поглощения, но она находится в УФ-диапазоне, где мы ее не замечаем. Это одна из причин, по которой алюминий используется вместо серебра в телескопах, работающих как в ультрафиолетовом, так и в видимом диапазоне, а другая причина заключается в том, что естественный оксид алюминия, который быстро образуется на алюминии, не представляет проблемы по сравнению с более густыми и темными оксидами и сульфидами. которые формируются на серебре. (подробнее об этом см. Когда «повторное серебрение» больших зеркал телескопов на самом деле относилось к алюминированию и почему это было необходимо? а также Подвергаются ли регулярному удалению и повторному покрытию алюминия главные зеркала в больших обсерваториях? Почему? )

Как скромная разница в отражательной способности может означать огромную разницу в передаче

Ответ связан со сравнением (1-x)-подобных членов и с экспоненциальным затуханием.

Представьте, что у меня есть два образца изотопа: десятилетие с периодом полураспада 10 лет и однолетие с периодом полураспада 1 год. Если я подожду 15 лет, то большая часть каждого образца изотопа исчезнет. 65% тениариума распалось, а 99+% энеиариума распалось. Это всего лишь 35% разницы в разложившемся количестве.

Но это также означает, что в то время как осталось 35% десятилетнего периода , осталось только 0,003% одного года. Это означает, что однолетие ослаблено более чем в 11 000 раз по сравнению с десятилетием.

То же самое с золотом. В то время как золотая пленка на визоре астронавта может ослабить, скажем, 50% зеленого и синего света, она может ослабить 90 или 95% инфракрасного света.

Различия в затухании могут быть намного больше, чем различия в отражении. Таким образом, падение отражательной способности золота, вероятно, занижает его эффективность в качестве аттенюатора при использовании в тонкопленочной передаче.