金属の色の物理的起源金属的颜色的物理的起源.ppt

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1、金属色物理的起源東京農工大学佐藤勝昭 目次nn人色感仕組n貴金属色n貴金属反射物理的起源 n古典電子論電磁気学説明 n構造色 nn(銀)、(金)、(銅)、(鉄)、(白金)金属和名色付。金金銀銀銀銀銅銅鉄鉄白金理科室想出n、理科室不思議魔力。n標本箱、金、金石、考。n私、金属色興味、貴金属金色黄銅鉱黄鉄鉱金色違疑問。黄鉄鉱黄銅鉱磁硫鉄鉱講演話（）n測色学的見、金色、赤緑波長領域反射率高、白色光対色選択反射視覚色。銅、赤波長域選択反射。銀、可視光線全波長域均等反射色付。一方、鉄、可視光線全波長域反射率低黒見。講演話（）n、金属示固有選択反射性物理学的起源生電子論立場記述。金属高反射率自由電子集団運

2、動、色決反射率急変波長束縛電子関与。一方、鉱物色束縛電子関与電子遷移着色。講演話（）n講演、金属色測色学的起源述、金属色電子的起源述。n色、電子的起源、構造色。構造色微細周期構造光波長近生一種干渉効果特定波長領域選択反射着色、最近話題結晶相当概念。竹田先生話、。省略。光学現象色n選択反射色：金属色n選択吸収色：宝石色、n散乱色：空色n干渉色：薄膜色n屈折色：虹色、色n回折色：色、CD色n発光色：CRT色人色感仕組 n色論前、人間色感仕組述。、全色赤（R）、緑（G）、青（B）光3原色表。色原色表。n網膜桿体呼光感細胞錐体呼色感細胞、錐体R,G,B感3種類。三種錐体送出信号強違色感。三原色n光光3

3、原色（加法混色原色（加法混色）n各色強変混合，色光。赤光，緑光，青光同強混合，白光。n色色3原色原色（減法混色）（減法混色）n各色混合，色。同割合混 黒。赤、赤、R(red)緑、緑、G(green)青、青、B(blue),M(magenta),C(cyan),Y(yellow)補色関係色感細胞原色表。人間色感細胞細胞3種類種類。細胞錐体錐体（）呼，三種錐体錐体送出信号強違送出信号強違色感。色感光感色数値化（）：RGB感度曲線n感細胞色感度曲線感度曲線。nRGB感度曲線，特徴的波長（R,G,B）一曲線n人間眼，主感度領域中央（緑色光）明捉，感度領域両端（青赤）色合決RGB色数値化（2）：XYZ等

4、色曲線n実際感覚的原色RGB表色、機械測色、表色、目波長感度特性詳調数値化“表色上原色”刺激値刺激値XYZ使。nXYZ等色曲線刺激値X,Y,Z使表表色系、X赤青、Z青領域、XZ使紫表現。等色関数1931年CIE(国際照明委員会)定、現在使。色XYZ刺激値与。CIE色度図n表色表色（色表），一般数値必要，明情報犠牲数値色表，次元図表現，色度図色度図n、XYZx=X/(X+Y+Z),y=Y/(X+Y+Z)正規化変換、x、y座標系全色表、図示CIE色度図。nx,yRGB関係、x0.6R0.28G0.32By0.2R0.52G0.31B表。例(0.6,0.3)赤(0.2,0.6)緑CIE色度図色温度n

5、温度光（熱放射黒体輻射）物体色測定，温度色関係色度図上描曲線黒体輻射色軌跡黒体輻射色軌跡呼，一般光源黒体輻射，色軌跡上色光光源温度，点対応温度限，色決温度色温度色温度 nWhite=R+G+B,Yellow=R+G,Cyan=G+B,Magenta=R+B色 白 黄緑赤 青R1100110G1111000B1010101RGB貴金属色 n、話貴金属色戻。n貴金属金、銀、銅分光反射率（反射）示。図 金、銀、銅反射各波長色紫外線銅色n銅600nm波長長光（橙、赤）反射、600nm付近急落、550nm短光反射率低。、銅赤色選択反射、青緑光50%程度反射、白赤色示。金色n金、550nm長波長高反射率、

6、520nm付近急落。青紫反射率40%程度下、結果、赤橙黄黄緑光強反射、青緑青紫光反射。従、XY同程度刺激反射光黄色見。銀色n銀、可視光全波長領域高反射率示、X,Y,Z全等刺激反射光着色、単鏡面。鉄色n鉄、可視域全波長対反射率50%程度低、平坦。n、鉄黒見。300400500600700800050100Reflectivity(%)Wavelength(nm)鉄貴金属反射物理的起源n金、銀、銅反射率長波長側高。金属広領域反射表示示。図見全貴金属、長波長極限（光子）反射率100%。金属特徴n自由電子結晶全体広、自由電子海原子核浮。原子間結合、電子担。n、金属展性延性、高導電率、高熱伝導率、高反射

7、率原因。金属結合金属、原子同士接近、外殻s電子互重合、各軌道個電子収容膨大数分子軌道形成。電子、分子軌道自由行来、電子軌道離結晶全体広。非局在化。正原子核負非局在電子間強引力働、金属凝集起。状態指、電子海正原子核浮表現。http:/金属叩変形周波数極限100%反射原因自由電子集団運動（振動）n光電磁波一種。電波同電界磁界振動伝。n金属中光金属中振動電界。電界受自由電子加速集団的動。n電子負電荷持、電位高方引寄。結果電位高方負電荷、電位低側電荷、逆極性電気分極起。+PED=0E+P自由電子電子分極古典電子論電子位置u、有効質量m*、散乱緩和時間、自由電子対運動方程式、E、u-it形仮定、代入慣性

8、項摩擦項（電子散乱）電子分極古典電子論電子分極古典電子論1変位uE関数次表。自由電子分極Pf-Nfqu式代入式得。電子分極古典電子論電子分極古典電子論2D0rE0EP式使、複素誘電率得。式。分極電子散乱場合形書式、=p(角振動数)横切。p比誘電率r0。負誘電率、電界電束密度逆向、電界物質内入込意味。金属負誘電率pp=2eV/=0周波数負誘電率反射率電磁気学、反射率R表。、比誘電率r負実数、a正数、r-a表、上式代入100%反射。金属高反射率pp=2eV/=0減衰項（電子散乱）場合 比誘電率r複素数表、実数部r、虚数部”r、r ri”r実数部、虚数部分書下記。、角振動数。実数部：電界電束同相虚数

9、部：電界電束位相90度減衰項場合誘電率実数部負誘電率、光中入込、強反射起負誘電率、光中入込、強反射起。0横切。p=2eV/=0.3eV金属高反射率(減衰項）p=2eV/=0.3eV場合反射率、図示反射率変化緩。p以下反射率減少。貴金属誘電率反射率急落Au,Ag,Cu違？間遷移古典論束縛電子系運動n実際貴金属比誘電率、前図示単純。n比誘電率虚数部”一度極小値後、高領域再増大。n”増大間遷移始表。古典論描像、電子原子位置束縛相当。束縛電子電子分極電子位置u、質量m、固有振動減衰時間0、束縛電子対運動方程式、E、u-it形仮定、代入束縛電子電子分極（束縛電子電子分極（1）変位uE関数次表電子分極P-

10、Nqu式代入束縛電子電子分極（束縛電子電子分極（2）D0rE0EP式使、。上式式。自由電子束縛電子誘電率Drude+Lorentzp=2eV/=0.1eV0=1.5eV/0=0.1eV自由電子束縛電子反射反射Drude+Lorentz実例比p=2eV/=0.1eV0=1.5eV/0=0.1eV反射率急落束縛電子系光吸収(式表)始中心付近、曲線誘電率実数部横切、反射率急変起。、古典論束縛考、実際間遷移吸収考、間吸収始位置見周波数、反射率急落。金色石（黄鉄鉱）反射物理的起源 n図掲、米国空港物屋買黄鉄鉱(pyrite,FeS2)極金色鉱石。石、fools gold仇名。n黄鉄鉱半導体、自由電子密度

11、金比桁違少。従、反射率式従考。図11 黄鉄鉱輝金色石（）黄鉄鉱(FeS2)例research.kahaku.go.jp/geology/sakurai/033.GIF staff.aist.go.jp/takumi-sato/koubut/ryuka/B018.jpg FeS2:金？赤緑波長域強赤緑波長域強吸収原因吸収原因黄鉄鉱反射n黄鉄鉱反射、黄鉄鉱2eV付近(赤)60%及高反射率示、2.5eV(緑)付近急落、3eV(青紫)付近40%以下、緑色付近反射急落金色原因。n自由電子式従、反射率低向単調増大、示、Fe3d電子関与強間遷移。反射構造FeS2半導体反磁性CoS2金属強磁性NiS2半導体反

12、強磁性金色石（）黄銅鉱(CuFeS2) CuFeS2:金赤緑波長域強赤緑波長域強吸収原因吸収原因黄鉄鉱、黄銅鉱金色()n鉄d電子関係強間遷移近赤外可視存在、赤緑付近高反射率。n金銀異、自由電子振動関係。5.構造色n羽根色、羽根金属光沢、色、微細構造持光回折干渉起見色、構造色呼。n図一種Plusiotis Batesi表皮液晶形成。液晶次元周期構造持、周期可視光程度周期構造由来反射（構造色）示。n液晶光当、回転方向同回転方向円偏光構造相互作用光波長周期倍一致、多層膜同様反射全反射。n一方、回転方向逆円偏光相互作用通抜。、反射光円偏光。、見角度様色、液晶表面多層膜出来、多重干渉効果加複雑色。色場合、誘電体多層膜一種干渉効果金色6)。(昆虫構造色Web)構造色n薄膜、多層膜干渉n表面凹凸回折n微粒子分散系着色n構造n、竹田先生講義詳省略。構造色n構造色、同結晶通、人工的構造作染料塗料使装飾、繊維産業応用進。n最先端話題生物色共通性極興味深。人工的結晶規則性重要要素、生物、適度不規則性加複雑着色示。n金属色物理的起源、電子的起源構造的起源述。n電子的起源、金属自由電子集団運動、間遷移吸収述。n、生物示構造色触、話題、金属構造、表面、繋興味深。