¿Cómo la delgada película de oro en el vidrio de los cascos de los trajes espaciales bloquea el IR térmico pero transmite el visible? ¿Cuál es la propiedad?

Si no recuerdo mal, el oro (y la plata) fue una versión temprana de los filtros ópticos dicroicos. Las películas delgadas de oro y plata, cuando se aplican en un orden específico, crean una "interferencia de película delgada" que se convierte esencialmente en un filtro de paso de banda óptico. El oro crearía el paso alto y la plata crearía el paso bajo (puede que lo tenga al revés). Los dicroicos modernos generalmente usan alguna forma de óxido de titanio y óxido de cromo, ya que son más baratos que el oro y la plata).

más información en la wiki para filtros dicroicos y vidrio dicroico.

@BlakeWalsh comenzó a descifrar la respuesta aquí y terminó aquí, pero rechazó la invitación para publicar la respuesta, así que terminaré publicándola por proxy.

¿Por qué el oro es "de color dorado"?

Varias respuestas ( 1 , 2 , 3 ) a la pregunta de Physics SE ¿ Por qué la mayoría de los metales son grises/plateados? Explique esto, y lo resumiré de la siguiente manera:

Además de la propiedad altamente reflectante del "mar" o "plasma" de los electrones de conducción a granel o películas de metales sólidos o líquidos, incluido el oro, el oro también tiene líneas de absorción atómica muy fuertes en el azul alrededor de 460 nm. Si pudieras hacer gas de oro y mirar la luz blanca a través de él, los átomos de oro individuales absorberían el azul. Esta publicación de las comunidades de la American Chemical Society lo describe muy bien (recortado de una discusión más larga):

Si busca en Google "Base de datos de espectros atómicos NIST", haga clic en "Niveles" y coloque "Au I" (átomos de oro neutros, Au II es para iones Au +), obtendrá muchas líneas espectrales medidas en cm-1. Los que puedes ver a simple vista están entre violeta = 25,000 cm-1 = 400 nm (solo haz 1/x en tu calculadora) y rojo = 14,000 cm-1 = 700 nm. Puede ver la línea en 21,435 cm-1 = 466 nm = azul-violeta, cerca de la parte superior. Esa longitud de onda de luz tiene la energía adecuada para mover un electrón desde su estado más bajo, donde hay 10 electrones en orbitales 5d y uno en un orbital 6s (llamado 5d10 6s1) a un estado con 5d9 6s2. Si tuviera que hacer brillar una luz blanca visible a través de gas o vapor de oro, todo, excepto el color azul-violeta, pasaría. El color que pasaría a través del vapor de oro sería amarillo rojizo, muy parecido al oro sólido.

Fuente , haga clic en la imagen para verla a tamaño completo

Puede ver al menos un par de transiciones fuertes alrededor de 460 a 480 nm, y estas ocurrirían a granel tanto como en un gas. ¡Aunque la profundidad de la piel del oro es bastante superficial, la absorción atómica es lo suficientemente fuerte como para absorber gran parte de la luz azul que los electrones de conducción están trabajando tan diligentemente para reflejar!

¿Por qué no otros metales?

De esta respuesta :

Para el oro (con número atómico 79 y, por lo tanto, un núcleo altamente cargado), esta imagen clásica se traduce en velocidades relativistas para electrones en orbitales s. Como resultado, se aplica una contracción relativista a los orbitales s del oro, lo que hace que sus niveles de energía se acerquen más a los de los orbitales d (que están localizados lejos del núcleo y, hablando clásicamente, tienen velocidades más bajas y, por lo tanto, menos afectados por la relatividad) . Esto cambia la absorción de luz (para el oro principalmente debido a la transición 5d→6s) desde el ultravioleta hasta el rango azul de frecuencia más baja. Entonces, el oro tiende a absorber la luz azul mientras refleja el resto del espectro visible. Esto provoca el tono amarillento que llamamos 'dorado'.

Esta respuesta también enlaza con ¿Qué le da al oro ese brillo suave?

Tenga en cuenta que la plata también tiene una fuerte línea de absorción atómica, pero está en los rayos ultravioleta donde no podemos notarlo. Esta es una de las razones por las que se utiliza aluminio en lugar de plata para los telescopios que funcionan tanto en la luz ultravioleta como en la visible, y la otra es que el óxido de aluminio nativo que se forma rápidamente en el aluminio no es un problema en comparación con los óxidos y sulfuros más espesos y oscuros. que se forman sobre la plata. (Para obtener más información, consulte ¿Cuándo se refirió la aluminización a los espejos de grandes telescopios "replateados" y por qué era necesaria?, así como ¿Los espejos primarios en los grandes observatorios se someten a una eliminación y un recubrimiento regulares del aluminio? ¿Por qué? )

Cómo una modesta diferencia en la reflectividad puede significar una gran diferencia en la transmisión

La respuesta tiene que ver con la comparación de términos similares a (1-x) y con la atenuación exponencial.

Imagina que tengo dos muestras de isótopos, teneario con una vida media de 10 años y un año con una vida media de 1 año. Si espero 15 años, la mayor parte de cada muestra de isótopos habrá desaparecido. El 65% del tenyeario se ha descompuesto y el 99+% del oneyeario se ha descompuesto. Eso es solo una diferencia del 35% en la cantidad decaída.

Pero esto también significa que mientras el 35% del tenyearium ha permanecido, solo ha quedado el 0.003% del oneyearium. Eso significa que el oneyearium ha sido atenuado por un factor de más de 11.000 más que el tenyearium.

Lo mismo con el oro. Si bien una fina película de oro en el visor de un astronauta puede atenuar, digamos, el 50 % de la luz verde y azul, puede haber atenuado el 90 o el 95 % de la luz infrarroja.

Las diferencias en la atenuación pueden ser mucho mayores que las diferencias en la reflexión. Por lo tanto, la caída en la reflectividad del oro probablemente subestima la eficacia como atenuador cuando se usa en la transmisión de película delgada.