Propriedades Óticas dos Materiais

Publicado por Materiais Júnior em novembro 14, 2019novembro 14, 2019

Os fenômenos ópticos despertam a curiosidade de muitos por séculos, aliás, a luz tem um comportamento singular, e sua interação com sólidos é fundamental para o compreendimento das propriedades eletrônicas do material. A luz visível (400-770 nm) é a responsável pelas principais propriedades ópticas de interesse, mas vale destacar que os espectros ultravioleta e infravermelho também são importantes para diversas aplicações.

A polarização eletrônica é uma interação entre a radiação eletromagnética e a matéria, e é uma mudança na nuvem eletrônica de um átomo induzindo por um componente do campo elétrico. Outra interação é a transição eletrônica é a excitação dos elétrons de um estado para outro de maior energia em decorrência da absorção da radiação. Elas juntos ditaram as propriedades óticas de destaque dos materiais.

Outras interações físicas entre a luz e um meio são refração, reflexão, absorção e transmissão. Esses dois últimos são o de maior importância para o entendimento das propriedades. 

Transparência e opacidade – as principais propriedades óticas

Os materiais opacos, como os metais, apresentam espaçamento estreito, menor que 1,8 eV (condutores). Isso porque a energia luminosa é suficiente para promover transições eletrônicas da banda de valência para a banda de condução. Os metais reemitem a radiação luminosa por uma pequena camada superficial em função de transições de decaimento dos elétrons, e sua coloração é determinada pela composição da luz refletida.

Os materiais transparentes são os quais a luz é transmitida através da espessura com muita pouca absorção e reflexão. Esses materiais apresentam espaçamento entre bandas maiores que 3,1 eV (isolantes- não metais).

Alguns materiais transparentes podem tornar-se translúcidos devido ao espalhamento de luz interno, que pode ocorrer em materiais policristalinos com índice de refração anisotrópico, bifásicos, porosos e em polímeros altamente cristalinos. É o caso da alumina (Al2O3).

Diferentes estruturas alteram as propriedades óticas. Alumina monocristalina, policristalina sem poros, policristalina com 5% de porosidade.

A coloração é típica em materiais com espaçamento entre 1,8 e 3,1 eV. Materiais transparentes apresentam cor em consequência da absorção seletiva de faixas específicas de comprimentos de onda. A cor percebida é resultado da distribuição de faixas de comprimentos de onda no feixe transmitido. Em vidros inorgânicos (sílica), metais de transição são comumente adicionados para confeccionar uma coloração distinta, específica de cada íon.

Tais fenômenos ópticos são essenciais para componentes eletrônicos, como é o caso do LED (diodo emissor de luz). A eletroluminescência é a emissão de luz como resultado de eventos de recombinação elétron-buraco. A fibra óptica é outra tecnologia de destaque, possibilitando a transmissão de informações sem interferência e de forma rápida e intensa, uma vez que é recoberta por um material que proporciona uma reflexão interna total.

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