هذا هو العلم: التمويه البلازميكي هو بالفعل حقيقة واقعة

مرحبا لكل عشاق اخبار العلم والتكنولوجيا!

اليوم سنتحدث عن الحرباء ، يمكنك التعرف على الحقيقة هنا .

أي معدن هو في المقام الأول مجموعة من الإلكترونات المتحركة بحرية ، وهو نوع من الخزان بغاز الإلكترون. المعدن في حالة النانو له خاصية واحدة مذهلة - رنين البلازمون . استخدمت مجموعة من العلماء الصينيين ، مع زملائهم الأمريكيين ، هذه الميزة من الجسيمات النانوية لإنشاء تمويه بلازمي.

حول ما هو وما يتم تناوله به ، ستكتشف تحت القطع.

مقدمة

لفهم كيفية عمل ذلك ، نحتاج إلى التعمق في فيزياء العملية. إذن ، ما هو رنين البلازمون وما هو استخدامه؟

نعلم جميعًا كيف يتفاعل الضوء مع سطح أملس من المعدن - وهو ينعكس ، ولهذا السبب يتم استخدام المعادن في تصنيع المرايا: بعض المعادن تعكس الضوء بشكل أسوأ ، والبعض الآخر أفضل. ولكن ماذا يحدث عندما يتفاعل الضوء أو الموجة الكهرومغناطيسية مع جزيء نانوي معدني مملوء حرفيًا بالإلكترونات؟ نظرًا لصغر حجم الجسيمات النانوية المعدنية والحركة العالية للإلكترونات فيها ، فإن المجال الكهربائي للموجة الكهرومغناطيسية يغير سحابة الإلكترونات داخل الجسيمات النانوية بكمية صغيرة ، مما يعرض من الخلف النواة الموجبة للذرات المعدنية.

تفاعل الموجة الكهرومغناطيسية ، التي هي مصدر لمجال كهربائي خارجي ، مع جزيء نانوي معدني ، والنتيجة هي القوة الجذابة بين الإلكترونات المتنقلة النازحة والهيكل العظمي الثقيل المشحون بشكل إيجابي للذرات المعدنية

. هذا هو بلازمون (تذبذب مخمد لغاز إلكتروني) ، وبالتالي تسمى الجسيمات نفسها بلازمون. كما هو الحال مع أي عمليات تذبذبية أخرى ، فإن هذه الظاهرة لها خاصية واحدة مثيرة للاهتمام - الرنين، والتي يتم التعبير عنها في زيادة حادة في امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية بتردد معين أو طول موجة. هذا هو السبب في وجود طيف الامتصاص لحلول الجسيمات النانوية المعدنية هناك مكون غير عادي على شكل جرس موضح في الشكل أدناه.

أطياف امتصاص جزيئات الذهب النانوية بأقطار مختلفة. من أجل الوضوح ، يتم عرض الجزء المرئي من الطيف ،

اعتمادًا على قطر الجسيمات النانوية ، يمكن أن يختلف طول موجة الضوء الذي يحدث فيه امتصاص الرنين ، كما هو الحال مع النقاط الكمومية .

بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك أن تقرأ عن هذا التأثير على صفحات مجلة Potential (لقد وجدت الرابط الوحيد لشراء المجلة هنا ). أو استمع إلى محاضرة على YouTube ألقيت للمشاركين في NanoOlympics التاسع :

الحرباء المتصورة

بالطبع ، كل معدن له تردد رنين خاص به (بلازمون). بالنسبة للذهب ، يبلغ الطول الموجي الذي يحدث فيه الرنين حوالي 520-550 نانومتر ، بالنسبة للفضة ، حوالي 410-430 نانومتر. وفقًا لذلك ، إذا قمت بدمج معدنين ، فستحصل على نوع من مزيج غير خطي من أحدهما والآخر. هذا هو التأثير الذي استخدمه علماء من الصين والولايات المتحدة في عملهم على حرباء البلازمون ونشروا في المجلة العلمية المرموقة ACSNano.

للوهلة الأولى ، تبدو الفكرة بسيطة للغاية. من الضروري أخذ مادة مسامية مرتبة (على سبيل المثال ، الألومينا المؤكسد ، AAO ) ، ووضعه على القطب الكهربائي ، وزرع جزيء نانوي صغير من الذهب داخل كل مسام ، وإضافة قطب كهربائي آخر مغطى بهلام موصل ويحتوي على أيونات الفضة في الأعلى.

(ac) رسم تخطيطي للجهاز يوضح مبدأ التشغيل والمخططات الدقيقة لمجموعة مرتبة من المسام النانوية التي تم الحصول عليها باستخدام المجهر الإلكتروني (علامات المقياس - 100 نانومتر) ؛ (ef) اختبار العينات الأولى التي يمكن أن تغير اللون من الأحمر إلى الأخضر من خلال

تطبيق جهد (~ 1.5 فولت) ، يمكنك بسرعة كبيرة (بعد كل شيء ، نحن نتحدث عن الجسيمات النانوية) إيداع كميات صغيرة من الفضة على جزر الذهب داخل المسام وبالتالي تغيير الخصائص البصرية للنظام. على سبيل المثال ، من السهل التحكم في انعكاس الضوء في نطاق 420 - 650 نانومتر ، والذي يغطي عمليا الطيف المرئي بالكامل. ويتيح لك تطبيق الجهد العكسي تحويل الفضة إلى أيونات موزعة في الهلام.

عرض توضيحي كامل لقدرة الجهاز على تغيير اللون عند تطبيق المجال الكهربائي: (أ) أطياف الانعكاس ، (ب) الاعتماد على موضع أقصى انعكاس في وقت ترسب الفضة (بضع ثوان فقط!) ، ( ج ) رسم بياني لوني مع الألوان التي تم الحصول عليها في العمل

عادة البحث العلمي على وينتهي ذلك: يقولون ، لقد أظهرنا أن هذا يعمل ، والباقي ليس مهمتنا . ومع ذلك ، قرر فريق المؤلفين عدم التوقف عند هذا الحد ، وأنشأوا روبوت حرباء يتكون من لوحات صغيرة تغير اللون. الروبوت مكتظ بمستشعرات وقادر على تحليل مجموعة الألوان المحيطة ، والتكيف معها.

(ac) إنشاء روبوت الحرباء قادر على تغيير اللون ، والتكيف مع البيئة. (دس) يمكن استخدام تقنية مماثلة لإنشاء شاشات "ثابتة" ، على سبيل المثال ، لافتات إعلانية.

بالإضافة إلى ذلك ، أظهر العلماء أنه يمكن تطبيق هذه التقنية بنجاح لإنشاء شاشات "ثابتة". يمكنهم استبدال لوحات LED الحديثة في مجال الإعلان.

يمكن مشاهدة مقطع فيديو يوضح حركة الحرباء على طول الجدار الملون ، بالإضافة إلى التغييرات اللونية في الوقت الفعلي ، على موقع مجلة ACSNano .

إذا كان شخص ما مهتمًا بتكييف تقنية مماثلة لاحتياجاته الخاصة و / أو القيام بالأعمال اليدوية ، فعندئذٍ يتم تضمين معلومات مثيرة للاهتمام في المعلومات التكميليةعلى المقال.

تم نشر المقالة الأصلية ، الحرباء الميكانيكية من خلال Dynamic Real-Time Plasmonic Tuning ، في ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b07472 ).

بدلا من الاستنتاج

واغتنام هذه الفرصة ، أود أن أشير إلى ميزة أخرى مثيرة للاهتمام من الجسيمات النانوية الذهبية ، خاصة لأولئك الذين فاتهم فيديو كل ساعة أعلاه. يمكن أن تكون سريعة وسهلة بشكل مدهش لجمعها على الواجهة بين سائلين غير قابلين للامتزاج ، كما هو موضح في الفيديو أدناه.



من 30-40 نانومتر يمكنك الحصول على مرآة حقيقية!

في هذه الحالة ، تشكل الجسيمات النانوية فيلمًا له خصائص ميكانيكية معينة. لا يتشقق ، ولا يتحلل ، ولا يفقد بريقه المعدني ولونه ، وبدلاً من ذلك يمتد ويتشوه ، حيث أن الجسيمات النانوية داخل الفيلم مرتبطة بجزيئات خاصة.

يتوفر المزيد من مقاطع الفيديو على موقع مجلة ACSNano .

---

في بعض الأحيان يمكنك القراءة لفترة وجيزة ، وأحيانًا لا تتحدث كثيرًا عن أخبار العلوم والتكنولوجيا على قناة Telegram الخاصة بي - نطلب منك ؛)

Source: https://habr.com/ru/post/ar391033/