Esto es ciencia: el camuflaje plasmónico ya es una realidad

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Hoy hablaremos sobre el camaleón plasmón, puedes aprender sobre lo real aquí .

Cualquier metal es, en primer lugar, un conjunto de electrones que se mueven libremente, una especie de depósito con gas de electrones. Un metal en el estado de nanoescala tiene una propiedad sorprendente: la resonancia de plasmón . Un grupo de científicos chinos, junto con sus colegas estadounidenses, utilizaron esta característica de las nanopartículas para crear camuflaje plasmónico.

Aprenderá qué es y con qué se come debajo del corte.

Prólogo

Para entender cómo funciona esto, necesitamos profundizar en la física del proceso. Entonces, ¿qué es la resonancia de plasmón y para qué se utiliza?

Todos sabemos cómo interactúa la luz con la superficie lisa de un metal: se refleja, por eso los metales se utilizan en la fabricación de espejos: algunos metales reflejan la luz peor, otros mejor. Pero, ¿qué sucede cuando la luz o una onda electromagnética interactúa con una nanopartícula de metal literalmente llena de electrones? Debido al pequeño tamaño de las nanopartículas metálicas y la alta movilidad de los electrones en ellas, el campo eléctrico de la onda electromagnética desplaza la nube de electrones dentro de la nanopartícula en una pequeña cantidad, exponiendo desde la parte posterior el núcleo de átomos metálicos con carga positiva.

Interacción de una onda electromagnética, que es una fuente de un campo eléctrico externo, con una nanopartícula de metal, cuyo resultado es la fuerza de atracción entre los electrones móviles desplazados y un esqueleto pesado de átomos metálicos cargados positivamente

. Este es el plasmón (oscilación amortiguada del gas de electrones) y, por lo tanto, las partículas mismas se llaman plasmón. Como en el caso de cualquier otro proceso oscilatorio, este fenómeno tiene una propiedad interesante: la resonancia, que se expresa en un fuerte aumento en la absorción de ondas electromagnéticas con una cierta frecuencia o longitud de onda. Es por eso que en los espectros de absorción de soluciones de nanopartículas metálicas hay un componente en forma de campana inusual que se muestra en la figura a continuación.

Espectros de absorción de nanopartículas de oro de varios diámetros. Para mayor claridad, se presenta la parte visible del espectro.

Dependiendo del diámetro de las nanopartículas, la longitud de onda de la luz a la que se produce dicha absorción de resonancia puede variar, como es el caso de los puntos cuánticos .

Además, puede leer sobre este efecto en las páginas de la revista Potential (encontré el único enlace para comprar la revista aquí ). O escuche una conferencia en YouTube para los participantes en la novena edición de NanoOlympics :

Camaleón plasmónico

Por supuesto, cada metal tiene su propia frecuencia resonante (plasmón). Para el oro, la longitud de onda a la que se produce la resonancia es de aproximadamente 520-550 nm, para la plata, aproximadamente 410-430 nm. En consecuencia, si combina dos metales, obtendrá una especie de combinación no lineal de uno y otro. Este es el efecto que los científicos de China y EE. UU. Utilizaron en su trabajo sobre el camaleón del plasmón y lo publicaron en la prestigiosa revista científica ACSNano.

A primera vista, la idea parece extremadamente simple. Debe tomar un material poroso ordenado (por ejemplo, alúmina anodizada, AAO ), colocarlo en el electrodo, hacer crecer una pequeña nanopartícula de oro dentro de cada poro y agregar otro electrodo recubierto con un gel conductor y que contenga iones de plata en la parte superior.

(ac) Un diagrama del dispositivo que muestra el principio de funcionamiento y las micrografías de una matriz ordenada de nanoporos obtenidos con un microscopio electrónico (marcas de escala - 100 nm); (ef) probar las primeras muestras que pueden cambiar de color de rojo a verde

Aplicando un voltaje (~ 1.5 V), puede depositar rápidamente (después de todo, estamos hablando de nanopartículas) pequeñas cantidades de plata en las islas de oro dentro de los poros y así cambiar las propiedades ópticas del sistema. Por ejemplo, es fácil controlar la reflexión de la luz en el rango de 420 - 650 nm, que prácticamente cubre todo el espectro visible. Y la aplicación de voltaje inverso le permite convertir plata en iones distribuidos en el gel.

Una demostración completa de la capacidad del dispositivo para cambiar el color cuando se aplica un campo eléctrico: (a) espectros de reflexión, (b) dependencia de la posición de la reflexión máxima en el tiempo de deposición de plata (¡solo unos segundos!), ( C ) Diagrama cromático con colores obtenidos en el trabajo

Generalmente investigación científica sobre Y esto termina: dicen, hemos demostrado que esto funciona, el resto no es nuestra tarea . Sin embargo, el equipo de autores decidió no detenerse allí y creó un robot camaleón que consta de pequeñas placas que cambian de color. El robot está repleto de sensores y puede analizar la gama de colores circundante, ajustándose a ella.

(ac) Creó un robot camaleón que puede cambiar de color, adaptándose al entorno. (dc) Se puede usar una tecnología similar para crear pantallas "estáticas", por ejemplo, para pancartas publicitarias

Además, los científicos han demostrado que esta tecnología se puede aplicar con éxito para crear pantallas "estáticas". Pueden reemplazar los modernos paneles LED en el campo de la publicidad.

En el sitio web de la revista ACSNano se puede ver un video que muestra el movimiento de un camaleón a lo largo de una pared de color, así como los cambios de color en tiempo real.

Si alguien está interesado en adaptar una tecnología similar para sus propias necesidades y / o hacer bricolaje, la información complementaria está contenida en la información complementariaal artículo

El artículo original, Mechanical Chameleon through Dynamic Real-Time Plasmonic Tuning , se publica en ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b07472 ).

En lugar de una conclusión

Y aprovechando esta oportunidad, me gustaría señalar otra característica interesante de las nanopartículas de oro, especialmente para aquellos que se perdieron el video por hora anterior. Pueden ser sorprendentemente rápidos y fáciles de recolectar en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles, como se demuestra en el siguiente video.



¡A partir de partículas de 30-40 nm puede obtener un espejo real!

En este caso, las nanopartículas forman una película que tiene ciertas propiedades mecánicas. No se agrieta, no se degrada, no pierde su brillo y color metálicos, sino que se estira y deforma, ya que las nanopartículas dentro de la película están unidas por moléculas especiales.

También hay más videos disponibles en el sitio web de la revista ACSNano .

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Source: https://habr.com/ru/post/es391033/