Das ist Wissenschaft: Plasmonische Tarnung ist bereits Realität

Hallo an alle Liebhaber von Wissenschafts- und Technologie-News!

Heute werden wir über die Plasmon - Chamäleon sprechen, kann die reale gefunden werden hier .

Jedes Metall ist zuallererst eine Anordnung frei beweglicher Elektronen, eine Art Reservoir mit Elektronengas. Ein Metall im nanoskaligen Zustand hat eine erstaunliche Eigenschaft - die Plasmonresonanz . Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler nutzte zusammen mit ihren amerikanischen Kollegen dieses Merkmal von Nanopartikeln, um eine plasmonische Tarnung zu erzeugen.

Sie erfahren, was es ist und womit es unter dem Schnitt gegessen wird.

Vorwort

Um zu verstehen, wie dies funktioniert, müssen wir uns eingehender mit der Physik des Prozesses befassen. Also, was ist Plasmonresonanz und wofür wird sie verwendet?

Wir alle wissen, wie Licht mit einer glatten Oberfläche eines Metalls interagiert - es wird reflektiert, weshalb Metalle bei der Herstellung von Spiegeln verwendet werden: Einige Metalle reflektieren Licht schlechter, andere besser. Aber was passiert, wenn Licht oder eine elektromagnetische Welle mit einem Metallnanopartikel interagieren, der buchstäblich mit Elektronen gefüllt ist? Aufgrund der geringen Größe der Metallnanopartikel und der hohen Beweglichkeit der Elektronen in ihnen verschiebt das elektrische Feld der elektromagnetischen Welle die Elektronenwolke im Inneren der Nanopartikel um einen kleinen Betrag, wodurch der positiv geladene Kern der Metallatome von der Rückseite freigelegt wird.

Wechselwirkung einer elektromagnetischen Welle, die eine Quelle eines externen elektrischen Feldes ist, mit einem Metallnanopartikel, dessen Ergebnis die Anziehungskraft zwischen verschobenen sich bewegenden Elektronen und einem positiv geladenen schweren Skelett von Metallatomen ist.

Infolgedessen entsteht eine Coulomb-Anziehungskraft zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Hälften des Nanopartikels, die die Elektronen an ihren ursprünglichen Ort zurückbringen. Dies ist das Plasmon (gedämpfte Schwingung des Elektronengases), und daher werden die Teilchen selbst Plasmon genannt. Wie bei allen anderen Schwingungsprozessen hat dieses Phänomen eine interessante Eigenschaft - ResonanzDies äußert sich in einem starken Anstieg der Absorption elektromagnetischer Wellen mit einer bestimmten Frequenz oder Wellenlänge. Aus diesem Grund gibt es in den Absorptionsspektren von Lösungen von Metallnanopartikeln eine ungewöhnliche glockenförmige Komponente, die in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

Absorptionsspektren von Goldnanopartikeln mit verschiedenen Durchmessern. Zur Verdeutlichung wird der sichtbare Teil des Spektrums dargestellt.

Abhängig vom Durchmesser der Nanopartikel kann die Wellenlänge des Lichts, bei der eine solche Resonanzabsorption auftritt, variieren, wie dies bei Quantenpunkten der Fall ist .

Darüber hinaus können Sie diesen Effekt auf den Seiten des potenziellen Magazins nachlesen (ich habe hier den einzigen Link zum Kauf des Magazins gefunden ). Oder hören Sie sich einen Vortrag auf YouTube an, der für Teilnehmer der 9. NanoOlympics gehalten wird :

Plasmonisches Chamäleon

Natürlich hat jedes Metall seine eigene Resonanzfrequenz (Plasmonfrequenz). Für Gold beträgt die Wellenlänge, bei der Resonanz auftritt, etwa 520 bis 550 nm, für Silber etwa 410 bis 430 nm. Wenn Sie also zwei Metalle kombinieren, erhalten Sie eine Art nichtlineare Kombination des einen und des anderen. Diesen Effekt haben Wissenschaftler aus China und den USA bei ihrer Arbeit am Plasmon-Chamäleon verwendet und in der renommierten Fachzeitschrift ACSNano veröffentlicht.

Auf den ersten Blick erscheint die Idee äußerst einfach. Sie müssen ein geordnetes poröses Material (z. B. eloxiertes Aluminiumoxid, AAO ) nehmen, es auf die Elektrode legen, ein kleines Goldnanopartikel in jeder Pore wachsen lassen und eine weitere Elektrode hinzufügen, die mit einem leitfähigen Gel beschichtet ist und Silberionen enthält.

(ac) Ein Gerätediagramm, das das Funktionsprinzip und mikroskopische Aufnahmen einer geordneten Anordnung von Nanoporen zeigt, die unter Verwendung eines Elektronenmikroskops erhalten wurden (Skalenmarkierungen - 100 nm); (ef) Testen der ersten Proben, deren Farbe sich von rot nach grün ändern kann

Durch Anlegen einer Spannung (~ 1,5 V) können Sie recht schnell (schließlich handelt es sich um Nanopartikel) kleine Mengen Silber auf den Goldinseln in den Poren ablagern und so die optischen Eigenschaften des Systems ändern. Beispielsweise ist es einfach, die Reflexion von Licht im Bereich von 420 bis 650 nm zu steuern, was praktisch das gesamte sichtbare Spektrum abdeckt. Durch Anlegen einer Sperrspannung können Sie Silber in im Gel verteilte Ionen umwandeln.

Eine vollständige Demonstration des Geräts der Farbe wechseln , wenn ein elektrisches Feld: (a) die Reflexionsspektren, (b) Abhängigkeit der Reflexionsposition des Maximums der Silberabscheidungszeit (nur wenige Sekunden!), (C) Chromatic Diagramm mit Farben in der erhaltenen

herkömmlichen wissenschaftlichen Forschung auf Und das endet: Sie sagen, wir haben gezeigt, dass dies funktioniert, der Rest ist nicht unsere Aufgabe . Das Autorenteam entschied sich jedoch, hier nicht anzuhalten und schuf einen Chamäleonroboter, der aus kleinen Platten besteht, die ihre Farbe ändern. Der Roboter ist mit Sensoren vollgestopft und kann den umgebenden Farbumfang analysieren und sich darauf einstellen.

(ac) Erstellt einen Chamäleonroboter, der in der Lage ist, die Farbe zu ändern und sich an die Umgebung anzupassen. (dc) Eine ähnliche Technologie kann verwendet werden, um "statische" Anzeigen zu erstellen, beispielsweise für Werbebanner.

Außerdem haben Wissenschaftler gezeigt, dass diese Technologie erfolgreich angewendet werden kann, um "statische" Anzeigen zu erstellen. Sie können die modernen LED-Panels im Bereich der Werbung ersetzen.

Ein Video, das die Bewegung eines Chamäleons entlang einer farbigen Wand sowie Farbänderungen in Echtzeit zeigt, kann auf der Website des ACSNano-Magazins angesehen werden .

Wenn jemand interessiert istähnliche Technologie für ihre eigenen Zwecke anzupassen und / oder DIY zu genießen, enthielten die interessanten Informationen in den Zusatzinformationenzum Artikel.

Der Originalartikel Mechanisches Chamäleon durch dynamisches plasmonisches Echtzeit-Tuning wird in ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b07472 ) veröffentlicht.

Anstelle einer Schlussfolgerung

Bei dieser Gelegenheit möchte ich ein weiteres interessantes Merkmal von Goldnanopartikeln erwähnen, insbesondere für diejenigen, die das stündliche Video oben verpasst haben. Sie können überraschend schnell und einfach an der Grenzfläche zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten gesammelt werden, wie im folgenden Video gezeigt.



Von 30-40 nm Partikeln erhalten Sie einen echten Spiegel!

In diesem Fall bilden die Nanopartikel einen Film mit bestimmten mechanischen Eigenschaften. Es reißt nicht, baut sich nicht ab, verliert nicht seinen metallischen Glanz und seine Farbe und dehnt sich stattdessen und verformt sich, da die Nanopartikel im Film durch spezielle Moleküle gebunden sind.

Weitere Videos finden Sie auch auf der Website des ACSNano-Magazins .

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Source: https://habr.com/ru/post/de391033/