Введение в Год Науки или Почему стекло прозрачное?

В Беларуси проходит #ГодНавуки!

Радоваться не стоит, ведь вы будете Вынуждены узнать в этом году Очень много о современной Науке! Недавно я провел соцопрос – хотите ли бы Вы регулярно узнавать что-то новое о строении окружающего Вас Мира? И был удивлен, когда 83% ! ответило – Конечно же, ДА!

Так что у нас есть еще время до конца года, чтобы сделать несколько Открытий!



Открытие #1

Все материалы состоят из атомов. Строение атома таково, что у него есть ядро, окруженное электронами – и вот эти самые ядра, окруженные электронами, располагаются определенным образом внутри материала. И, оказывается, что атомы находятся слишком близко друг к другу (на расстоянии порядка 3*10-10 метра) и оказывают друг на друга слишком большое влияние. Кроме того, атомов в материале огромное количество – их порядка 10 в 22ой степени штук в одном кубическом сантиметре (10 000 000 000 000 000 000 000 – вот столько). Теоретически можно и нужно (очень хотелось бы) знать точное значение энергии каждого электрона в электрическом поле всех других электронов (в достаточно сложных условиях, ведь их слишком много), – Но решить такую систему уравнений невозможно. Физики придумали как приблизительно описать поведение всех электронов в кристалле (а их еще больше, чем атомов) – придумали Зонную Теорию и разбили все электроны на два класса.

Валентные электроны, связанные с атомами, либо участвующие в образовании химических связей в кристалле имеют меньшее значение энергии. И электроны проводимости (как бы свободные) – способные передвигаться внутри кристалла. С точки зрения современной физики, электроны не могут передвигаться абсолютно свободно, они располагаются на определенных энергетических уровнях. Набор уровней энергии, на которых располагаются валентные электроны – это валентная зона, а набор уровней энергии, на которых располагаются свободные электроны, — это зона проводимости. Кроме того, есть определенные значения энергии, которые электрон не может принимать ни при каких условиях — и все эти значения энергии (энергетические уровни) – являются Запрещенной Зонной.



И вот наконец-то Открытие #1 — оказывается, что все материалы можно разделить на три вида! (расскажите мне, если кто знает, почему об этом не рассказывают в школе..?) Диэлектрики – полупроводники – металлы! Всего лишь нужно определиться какая у данного материала величина запрещенной зоны – если ее нет, то это металл (Огромное количество свободных электронов). Если она совсем небольшая, то это полупроводник (только небольшая часть электронов является свободными и в чистом полупроводнике их как правило недостаточно, для того чтобы проводить ток). И материалы, в которых запрещенная зона большая, — это диэлектрики (они не проводят ток ни при каких условиях).

Если захотеть, то часть электронов из валентной зоны можно перевести в зону проводимости и сильно изменить свойства материала. Для этого нужно или добавить в материал атомы другого типа или использовать какое-либо внешнее воздействие (нагрев, свет и тд), которое сообщит электронам достаточное количество энергии, чтобы они смогли перепрыгнуть всю запрещенную зону. Переход возможен только из валентной зоны в зону проводимости и обратно – в запрещенной зоне электроны располагаться не могут!

Открытие #2

Когда то давно Человечество (а точнее только некоторые из людей, потому что остальным было безразлично) узнали, что электричество и магнетизм взаимосвязаны и развили теорию электромагнитного поля и электромагнитных волн. Потратили лет … много). И все вроде рады и довольны и радио работает и телевидение и много чего еще. Но уже более 100 лет назад у Макса Планка появилась гипотеза о том, что свет испускается (или переносится) маленькими порциями или квантами, которые позднее получили название фотоны. Позже Луи де Бройль расширил эту теорию на весь спектр электромагнитных волн. Совместные труды Планка, Эйнштейна, Де Бройля и др. разрушили стройную картину мира и доказали, что любому объекту в нашем мире, обладающему какой-либо энергией можно поставить в соответствие волну с определенными параметрами. И что для нас наиболее важно, любая волна может рассматриваться физиками как частица или объект с определенной энергией.

Огромное число реальных экспериментов (и реальных применений) может быть рассчитано и объяснено только используя понятие волны для света или других электромагнитных волн – обычные оптические приборы (объективы, бинокли, микроскопы), а также радио, телевидение и др. НО огромное количество экспериментов и применений объяснимо только с использованием частиц-фотонов, которые обладают определенной энергией. Здесь нет никакого противоречия, просто физические теории пока еще далеки от претензий на Полное описание строения мира.

Посмотрите на спектр солнечного света. Радугой показана та часть, которую мы можем увидеть глазом, меньшая часть (47%). Около 51% спектра закрашено светло серым – это инфракрасное излучение, оно нас греет, но глазом увидеть его уже невозможно.

Мы уже приближаемся к Открытию. Оказывается, что взаимосвязь энергии и длины волны, которую установила Могучая Кучка гласит, что чем больше длина волны, тем меньше энергия частицы-кванта-фотона. И наоборот, чем меньше длина волны, тем больше энергия – они обратнопропорциональны. Прекрасная красная стрелка внизу показывает именно Это, она направлена в другую сторону!


А что это там за циферки стоят? Оказывается, что энергию частиц-квантов-фотонов обычно измеряют в тех же единицах, что и самую важную в мире величину – Ширину (величину) Запрещенной Зоны любого материала. Напоминаю — у металлов это 0 (ноль), у диэлектриков более 3,5. А то, что между 0 и 3,5 – это полупроводники. Как мы видим, энергия квантов света в видимой области длин волн (радуга на рисунке) имеет значения от 1,5 до 3,0 — то есть меньше, чем необходимое значения для поглощения в стекле (диэлектрик, а значит запрещенная зона более 3,5), НО может прекрасно поглощаться различными полупроводниками (кремний, германий, арсенид галлия и др.). И в продолжение Открытия можно добавить – что для того, чтобы эффективно поглощать солнечный свет нужно найти или создать такой материал, ширина запрещенной зоны которого, будет позволять поглотить максимальное количество солнечного света.

Теперь можно попытаться ответить, например, на такой вопрос – Почему современные солнечные элементы так малоэффективны?
Метки:
Поделиться публикацией
Комментарии 67
  • +1
    Теперь можно попытаться ответить, например, на такой вопрос – Почему современные солнечные элементы так малоэффективны?

    Поглощают излучение только в узком диапазоне, т.е. используют лишь часть спектра и изначально могут преобразовывать лишь часть падающей энергии?
    • 0
      У Хайнлайны хороший рассказ на эту тему: Да будет свет!
      • 0
        Еще рассказ на тему стекла и света — Свет былого.
        • 0
          Спасибо, он хороший
          • 0
            Боб Шоу очень крут и необычен. Был у меня сборник четырёх, кажется, повестей: «Ночная прогулка», «В двух лицах», «Путешествие в эпицентр» и «Свет былого». Каждая по-своему интересна, рекомендую.
          • 0
            Замечательное произведение.
            • 0
              У него же далее «Стеклянный свидетель».… Хорошо проработал тему.
          • 0
            как то так… для более полного поглощения всей спектральной области приходится делать многослойные системы, ширина запрещенной зоны в каждом слоем отличается и позволяет поглощать другую спектральную область…
            • 0
              Если сделать «шерсть» с длиной волоска 0.3..0.7 мкм и набить ее 1кв.м, получим ли мы эффективную антенну для радиоволн видимого диапазона?

              Если да, то получится 100% солнечная батарея. Правда?
              • +1
                Ура, вы изобрели наноантенны. Но КПД не 100%, и под разные длины волн нужны разные антенны, так что все не так уж радужно, на самом деле. И не смотря на то, что наноантенны придуманы уже лет 30 назад, все еще нет техпроцесса, который сделал бы их более выгодными, чем «обычные» солнечные панели.
                • 0
                  А я подумал о светособирающих комплексах. Только у растений электроны по фотосистеме движутся не по проводам, а переносятся белками-переносчиками, такими, как ферредоксин и хиноны.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                и даже в дорогих есть куда повышать эффективность! разницы нет — повышать эффективность или снижать стоимость — будут нужны и такие и такие СЭ…
                Очень много сейчас работают над новыми аморфными материалами (не такими дорогими, как кристаллические), а также над применением плазмонных эффектов для солнечных элементов. В идеале хочется и максимально дешевый и очень эффективный, понятное дело))))
            • +2
              Я так и не понял, почему стекло прозрачное (
              • –4
                Ну если в двух словах — то энергия фотонов в видимом диапазоне длин волн меньше ширины запрещенной зоны стекла. Фотоны не поглощаются стеклом, потому что не могут передать электронам в стекле достаточное количество энергии, чтобы те перешли в зону проводимости… как то так)
                • +1
                  Хе-хе. Вопрос на засыпку: в чём отличие прозрачного и непрозрачного диэлектриков?
                  • –4
                    В целом, со всеми органическими соединениями есть спецэффекты — но общий принцип будет работать все равно… можно сказать так, что в силу сложности их строения, в запрещенной зоне появляются уровни — и соответственно, определенные (например, только красные фотоны) будут поглощаться… и ваш диэлектрик приобретет определенную окраску.
                    • +1
                      Нетушки. Вы всё равно описываете (частично) прозрачный диэлектрик (светофильтр) — через который проходит синий и зелёный цвет. А я Вас прошу объяснить гетинакс. Подсказка: в объяснении должно появиться соотношение двух длин.
                      • +1

                        А может вы нам и про, гхм, запрещенную зону дерева расскажете?

                        • –4
                          причем тут гетинакс?? это чистый химический элемент? или чистый сплав химических элементов?

                          1 км (километр) стекла будет пропускать свет??
                  • 0
                    Если стекло не поглощает видимый свет, то почему фотоны замедляются в стекле?
                  • 0
                    Если коротко, то:
                    Оказывается, что энергию частиц-квантов-фотонов обычно измеряют в тех же единицах, что и самую важную в мире величину – Ширину (величину) Запрещенной Зоны любого материала.

                    Как мы видим, энергия квантов света в видимой области длин волн (радуга на рисунке) имеет значения от 1,5 до 3,0 — то есть меньше, чем необходимое значения для поглощения в стекле (диэлектрик, а значит запрещенная зона более 3,5), НО может прекрасно поглощаться различными полупроводниками (кремний, германий, арсенид галлия и др.).

                    :)
                    • 0
                      смог еще сократить))))
                      • +2
                        Сокращать еще не надо. Лучше ответьте на такой вопрос на засыпку: Если у металлов ширина — 0, то какая минимальная толщина металла необходима для полного поглощения света? Хватит ли одно слоя атомов кристаллической решетки?

                        И второй: куда девается захваченная энергия? Если она хранится в виде энергии электронов, то металл эффективно захватывает любые эл-магнитные волны и превращает их в эл. потенциал. Т.е. является 100%-ой солнечной батареей. Правда?
                        • 0
                          одного слоя не хватит…
                          у металлов слишком высокая концентрация свободных электронов, и они начинают отражать эффективно свет примерно с толщины пленки уже в 10 нанометров…
                          при поглощении света металлами энергия идет на нагрев, солнечную батарею из металла можно сделать только если греть на нем воду))
                  • +12

                    Вы извините, но так отвратительно писать нельзя.


                    То есть сплошная вода, разбавленная показным панибратством, смайликами, ошибками и словами с большой буквы — это уже очень плохо. Да и популярность у текста нулевая, потому что "открытия" вы преподносите как "заветы Ильича" — мол, дети, дедушка вождь сказал, что так надо — значит так надо. Откуда зонная теория, почему зонная теория — черт его знает.


                    Но черт побери, у вас ведь смысловая часть текста — это откровенный бред! Параграф про зонную теорию — это просто феерическая отсебятина без малейшего понимания смысла. Корпускулярно-волновой дуализм — ааааа! (Принцип Гюйгенса, амплитуды вероятности? Не, не слышали.) Магические единицы электронвольты, которые до 3.5, не введены. Да вы даже шкалу энергий не в том месте нарисовали!

                    • –8
                      Напишите свою версию — почитаем правильный вариант)
                      что значит — шкала энергий не в том месте?
                      • +3

                        Да пожалуйста: введение в полупроводниковую электронику (не мое), про синие светодиоды (мое).


                        Насчет шкалы: вам магическое число 1.2395 эВ*нм ни о чем не говорит?

                        • –10
                          причем здесь полупроводниковая электроника и светодиоды??
                          я попытался написать в легкой, забавной форме текст для людей, которые очень далеки от физики… И многие находят его весьма полезным и заставляющим задуматься о вещах вокруг них и о вопросах, которые почему то далеки от курса школьной физики

                          вы сами себя позорите — сравниваете красивое оригинальное изложение основ физики полупроводниковых приборов с вашим переводом текста с сайта нобелевского комитета (который вы к тому же умудрились испортить..) ??
                          вы так и не ответили — что значит — шкала энергий не в том месте?

                          • +3

                            Мда. Это такая мантра "По ссылкам не ходи — критиков в плагиате обвиняй — о заветах Ильича задумывайся"?

                            • –4
                              мне кажется вы невнимательно читаете??
                              я написал — красивое оригинальное изложение ФПП (тут не ни слова про не ходи по ссылкам))
                              ваш текст — это перевод! с доработками (плагиатом я его не называл)

                              почему вам не нравится слово — Открытие? ведь для человека, который этого не знал — это действительно открытие? многие простые факты, понятные мои преподавателям когда стали открытием и для меня… простые взаимосвязи и закономерности для вас, для кого то абсолютно непонятны — что тут удивительного?

                              вот представьте экономист или программист или юрист захотят узнать что-то о фотоприемнике на квантовых точках? вы сможете им объяснить? для них каждое ваше слово будет открытием...(я использовал слово Открытие скорее в ироничном смысле, неужели этого не чувствуется по тексту??)
                              • +4

                                Потрудитесь, пожалуйста, показать первоисточник моего "перевода".
                                После того, как у вас этого не получится, потрудитесь впредь не бросаться голословными обвинениями.

                                • –5
                                  Увидел знакомые картинки с сайт нобелевского комитета) предположил, что перевод…
                                  Но оказывается, большинство материала из отчета? http://www.eurotechnology.com/store/solidstatelighting/

                                  кстати отчет похоже весьма интересный, не могли бы вы прислать полный текст почитать?

                                  вы по работе занимаетесь полупроводниковыми светодиодами? больше материаловедением-ростом новых материалов?
                                • 0
                                  Конечно не сможет. Это в принципе невозможно обьяснить физику не физику. Ой, простите за тафтологию. У вас очень красивая статья, но немножко сухая и непонятная. Я вот ничего не понял. Когда будете следующую статью писать, рисуйте циферки красивее, и обьясняйте что такое циферки, и желательно для тех кто ну вообще ничего не понимает, то есть все кроме вас, вот вы пишите например «0(ноль)» а что это знанчит? нужно писать «0 (ноль, то есть ничего, ну совсем когда ничего нет, вот у Маши есть яблоко а у вас нет, значит у вас 0 яблок)». Ну и само собой не усердствуйте с рисованием ноликов после 1, а то нам считать их приходиться, а это тяжело, мы же не Вы. Лучше что-то наглядное, типа количество дискет до луны столбиком, или поля там футбольные с мячиками тенисными. Надо более внимательно относиться к недалеким людям которым ничего в школе не рассказывали и сами они ничего не знают, всяким там экономистам, программистам и юристам. Ну всем кроме физиков, а точнее кроме вас.

                                  Хорошего вам настроения, адекватной самооценки, критического мышления у пусть вам улыбнется удача и выпадет случай поговорить с другим человеком в состоянии когда мания величия будет оказывать на вас минимальное влияние и вы сможете адекватно оценивать окружающих людей.

                                  А может я зря загоняюсь, и все нормально, и такие красивые и полезные статьи тоже нужны на этом ресурсе? Пусть растут все цветы, пусть любой автор найдет своего читателя?
                                  Хотя нет.
                                  Точно нет!
                                  Ну нафик.

                                  [sarcasm][/sarcasm] [sarcasm][/sarcasm][sarcasm][/sarcasm][sarcasm][/sarcasm][sarcasm][/sarcasm][sarcasm][/sarcasm]- расставьте на свой вкус.
                            • –1
                              именно это число и использовано в моем рисунке для пересчета…
                              • –2
                                О, прошу прощения — я понял, что вас так расстроило)
                                специально для нефизиков рисовал максимально наглядный рисунок и показал просто обратные величины))) без пересчета энергия — 1,24 делить на длину волны… Да, вот такая вот вольность — но согласитесь, что качественное понимание читателем от этого не страдает??

                                текст для людей далеких от точных наук. одна из идей — написать текст без математики и спецтерминов (типа Электронвольт), но который позволит понимать основные принципы (через десяток другой открытий) работы современных приборов микро и наноэлектроники…
                            • 0
                              Предлагаю распять автора, а вам предоставить почетное право проткнуть его копьем между 4 и 5 ребром.
                            • +2

                              Вы знаете, наука теоретической физикой не ограничивается. Ожидал после такого введения что-нибудь про научный метод.


                              Теперь по тексту. Этот текст — краткий и отрывочный пересказ школьного уровня физики.


                              Все материалы состоят из атомов. Строение атома таково, что у него есть ядро, окруженное электронами – и вот эти самые ядра, окруженные электронами, располагаются определенным образом внутри материала. И, оказывается, что атомы находятся слишком близко друг к другу (на расстоянии порядка 3*10-10 метра) и оказывают друг на друга слишком большое влияние.

                              Разве в этом тексте можно что-то понять, не зная теоретической физики на школьном уровне? Что такое атом, что такое электрон, что за "определённый образ", какого рода влияние — это не объясняется.
                              А если читатель был на уроках физики в школе, что новое он почерпнёт из статьи?


                              Для кого этот текст — для тех, кто знает физику, и хочет ещё почитать набор тезисов по ней?

                              • +2
                                все материалы можно разделить на три вида! (расскажите мне, если кто знает, почему об этом не рассказывают в школе..?) Диэлектрики — полупроводники – металлы!

                                В какой школе?!
                                • –4
                                  расскажите в какой школе вы учились и кто у вас вел физику?
                                  я просто буду рад, если этот человек вводил вам понятие Запрещенная Зона и, именно, по этому признаку проводил классификацию материалов… Я такого не встречал.
                                  • +4
                                    Есть такой мультик «свинка пэпа», так вот там переодически возникают ситуации, у папы свина просят что-то объяснить, он рассказывает рассказывает, а потом
                                    дочка: нет, это магия?
                                    отец вздыхая: да это магия.
                                    Так вот, тест немного напомнил ответ отца про магию, т.е. ясности не внес. нету непрозрачных диэлектриков? плстмассы там всякие?
                                    • +2
                                      Вопрос №2: почему то же стекло, но в форме песка (атомы ведь одни и те же) уже непрозрачно?
                                      • 0
                                        Потому что на разнице двух сред (песок-воздушный_зазор_между_песчинками) с разным преломлением, свет преломляется и рассеивается.
                                      • –3
                                        в чистом твердом теле атомы расположены строго периодически и они одного сорта — поэтому зонная структура имеет четкую структурированность
                                        любые дефекты, различные конфигурации расположения атомов, а также атомы другого сорта искажают зонное строение материала…
                                        вот картинка про полимеры -https://www.researchgate.net/profile/Buket_Carbas/publication/221936396/figure/fig7/AS:316701162917900@1452518849360/Fig-7-Energy-band-diagram-of-polymers-PFO-PTFT-PEFE-and-PPFP.png

                                        суть в том, что в случае сложного (неоднородного строения материала) могут быть уровни внутри запрещенной зоны, могут вообще границы зон отсутствовать как таковые…
                                        • 0
                                          Атомы воды вроде не имеют четкой структуры + масса примесей, а она прозрачная…
                                          • –2
                                            в смысле взаимодействия молекул воды между собой — они имеют достаточно определенную структуру…
                                            дистиллированная вода считается практически диэлектриком, то есть зонная теория здесь хорошо работает (нет примесей, который обеспечивают сильную примесную проводимость), а дальше все как у стекла… некоторые считают, стеклообразное состояние вещества — жидкостью
                                        • –1
                                          про песок — в песке много примесей (посторонних элементов), до 30% доходит их содержание…
                                          соответственно искажается зонная структура материала…
                                          • +3

                                            А в хрустале не менее 25% оксида свинца, но оно от этого не становится менее прозрачным. Магия все-таки?

                                            • –3
                                              так а что вас смущает?
                                              в хрустале атомы свинца, вместо кальция или натрия в обычном стекле — соотеветственно и его свойства изменяются, другой показатель преломления, другая прозрачность…
                                        • +5
                                          Это очень, очень поверхностная статья. Вам уже накидали каверзных вопросов. Я тоже хочу. Но не буду. Вместо этого я вам пару удивительных фактов подкину.
                                          Натрий — металл, запрещённых зон нет, но в ультрафиолетовой области прозрачен, начиная где-то с длины волны 210 нм. А цезий ещё хлеще — пропускает волны короче 440 нм, фиолетовый просвет на глаз можно заметить.
                                          Обычное стекло прозрачно в видимом диапазоне, но непрозрачно в инфракрасном начиная где-то с длины волн 2 мкм. А ведь энергия у таких квантов меньше, чем у видимого света, вроде должны тоже в запрещённую зону проскакивать.
                                          • –4
                                            вы можете дополнить мировоззрение читателей и обсудить с ними эти особенности…
                                          • 0

                                            Все это замечательно, но есть стекла, которые не пропускают ИК и прозрачны для видимого диапазона. Т.е. ровно наоборот.


                                            Статья получилась необычная. Словно взяли учебник по физике и начали сюсюкающими звуками пересказывать ясельной группе. Но опять же, не более чем замечание. Пишите еще

                                            • –3
                                              Спасибо за, наконецто стоящий комментарий!, именно такого фидбека и ожидал… интересно, как такое воспримет общественность.
                                              Это попытка найти отклик у 100% не физической аудитории, а может быть даже у подростков…
                                              какие конкретно фильтры на основе стекла вы имеете ввиду? там видимо какие то специальные покрытия…
                                              напишите более детально, и тогда обсудим!
                                              • –3
                                                я вот не видел ни одного школьного учебника, в котором эти вещи описыватются… считается, что это видимо, не школьный уровень и без вышки тут не обойтись…
                                                отчасти интересно, можно ли передать суть физики полупроводников широкой аудитории в очень легкой форме..?
                                                • +2
                                                  Ричард Фейнман (видеолекции, книги), Стивен Хокинг (книги), Карл Саган (книги) как пример качественной популяризации науки.

                                                  Я не сравниваю Вас с ними, но попробуйте почитать, Вам понравится
                                              • +1
                                                оказывается, что все материалы можно разделить на три вида! (расскажите мне, если кто знает, почему об этом не рассказывают в школе..?) Диэлектрики – полупроводники – металлы!

                                                Неужели качество образования настолько упало? Ужас… :( в совке рассказывали.

                                                • +1
                                                  И вот наконец-то Открытие #1 — оказывается, что все материалы можно разделить на три вида! (расскажите мне, если кто знает, почему об этом не рассказывают в школе..?) Диэлектрики – полупроводники – металлы! Всего лишь нужно определиться какая у данного материала величина запрещенной зоны – если ее нет, то это металл (Огромное количество свободных электронов). Если она совсем небольшая, то это полупроводник (только небольшая часть электронов является свободными и в чистом полупроводнике их как правило недостаточно, для того чтобы проводить ток). И материалы, в которых запрещенная зона большая, — это диэлектрики (они не проводят ток ни при каких условиях).

                                                  Для металлов — неверно. У металлов огромное количество свободных электронов не потому что нет запрещенной зоны (она может быть), а потому что есть частично заполненные зоны. Это может быть вызвано перекрыванием зон, либо тем, что уровень Ферми лежит внутри одной из зон (валентной или зоны проводимости).

                                                  • +3
                                                    Знаете, в этом было бы интересно разобраться не-физику, но сюсюканья и воды действительно много, а смысл ускользает. «А сейчас, юные друзья, мы понаблюдаем за повадками птички-коноплянки. Вот она переходит из кустов на новый энергетический уровень». Поверьте, мы привыкли разбираться во всяких непонятных штуках.

                                                    Но, к примеру, первый абзац:
                                                    "… оказывается, что атомы находятся слишком близко друг к другу и оказывают друг на друга слишком большое влияние. "
                                                    Слишком для чего?
                                                    штук в одном кубическом сантиметре (10 000 000 000 000 000 000 000 – вот столько). Теоретически можно и нужно (очень хотелось бы) знать точное значение энергии каждого электрона в электрическом поле всех других электронов (в достаточно сложных условиях, ведь их слишком много), – Но решить такую систему уравнений невозможно. Физики придумали как приблизительно описать поведение всех электронов в кристалле (а их еще больше, чем атомов) – придумали Зонную Теорию и разбили все электроны на два класса.

                                                    «Валентные электроны, связанные с атомами… в кристалле»
                                                    Упс, а почему мы о кристаллах? Не уловил перехода… а в не-кристаллах не так? Или все вокруг — кристаллы?

                                                    «С точки зрения современной физики, электроны не могут передвигаться абсолютно свободно, они располагаются на определенных энергетических уровнях»
                                                    А как связаны «уровни» с передвижением? Что за уровни?

                                                    «есть определенные значения энергии, которые электрон не может принимать ни при каких условиях»
                                                    что за значения? Непонятно. Почему не может? Непонятно. Это отличается чем-то от фразы, что есть фиксированные определенные уровни? Непонятно.

                                                    Больше вопросов, чем ответов, и непонятно в результате, насколько этому всему можно доверять.

                                                    Извините, я лучше учебник почитаю, там, может, чуть сложнее, но четче и достовернее.
                                                    • +4
                                                      Т.е. стекло прозрачное потому что диэлектрик? Гениально. А дерево почему непрозрачное? Потому что металл получается?
                                                      • +2
                                                        Как тут не вспомнить студенческий анекдот про студента, который пришел на экзамен полным нулем и ничего не может рассказать. Преподаватель желает хоть что-то из него вытянуть и задает вопрос:
                                                        — Почему электродвигатель крутится?
                                                        — Потому что электричество, — отвечает студент.
                                                        Препод ловит упавшую челюсть и спрашивает:
                                                        — Ну вот возьмем утюг. Тоже электричество, почему ж он не крутится?
                                                        — Потому что не круглый!
                                                        — Ну хорошо, вот вам электроплитка. Круглая? Круглая. Электричество? Электричество. Почему ж она не крутится?
                                                        — Потому что трение!
                                                      • +3
                                                        Давайте так. Стекло может быть непрозрачным и даже полупроводниковым. Стекло — это лишь разновидность аморфного тела, жидкость с крайне высокой вязкостью. То есть стекло — это не про зоны, а про ближний и дальний порядок атомов. Хотелось бы порядка в терминологии, а то потом обвиняют химию в том, что она слишком сложная.
                                                        • –1
                                                          Грань между аморфным и кристаллическим состоянием вещества довольно таки тонкая…
                                                          Я могу привести массу примеров, где очень сложно сказать — это еще кристалл или уже аморфное состояние.
                                                          Для стекла (я имел ввиду диоксид кремния — согласен, что это может быть непонятно из текста) в любом состоянии сохраняется зонная структура, для кристаллического кварца ее посчитали примерно в 70ые годы (http://sci-hub.cc/10.1103/PhysRevLett.36.425 рисунок 1 валентная зона, рисонок 2 зона проводимости — разрыв 8 эВ), для аморфного состояния, где разрушается дальний порядок взаимодействия — зонная структура сильно размывается, но основная структура характерная для данного материала сохранится… (можете посмотреть кремний монокристаллический и аморфный)…
                                                          мне кажется, тут важно (и то, что я хотел показать) — это то, что тип атомов, их взаимное расположение и определяют в дальнейшем все свойства материала — (электрические, оптические, химические и др. ) а зонная теория — это один из существующих (развитый для полупроводников, но применимый для все материалов) способ описания строения материала, позволяющий получить информацию о его свойствах…
                                                          • +2
                                                            Я могу привести массу примеров, где очень сложно сказать — это еще кристалл или уже аморфное состояние
                                                            А не могли бы вы привести?
                                                            • +1
                                                              Я не спорю, что она тонкая, хотя есть достаточное количество не самых сложных критериев. На вскидку: чёткость температуры плавления (аморфные плавятся в интервале), ширина рефлексов на рентгенограмме и т.п. Но моё замечание не об этом. Как бы ни была тонка эта грань, надо хотя бы в своей голове чётко определять предмет статьи, иначе получается, уж простите, каша. То, что состав и строение определяют свойства, сказал дедушка Бутлеров в не помню каком лохматом году.
                                                          • 0
                                                            если мы говорим про физику тонких полупроводниковых тонких пленок, то для полупроводников часто характерна такая ситуация — провели обработку кристалла, легировали или отжигали лазером или были специфические условия роста слоев. В итоге, учитывая, что основные фазы материала это монокристалл -поликристалл- нанокристаллическая фаза — аморфное состояние, провести четкую идентификацию не так просто…
                                                            http://d3a5ak6v9sb99l.cloudfront.net/content/advances/2/7/e1600341/F5.large.jpg

                                                            на картинке различия показано азличие между поликисталлом и чем то аморфно-нанокристаллическим…

                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.