Isto é Ciência: camuflagem plasmônica já é uma realidade

Olá a todos os amantes de notícias de ciência e tecnologia!

Hoje vamos falar sobre um camaleão plasmon, você pode aprender sobre o real aqui .

Qualquer metal é, antes de tudo, uma matriz de elétrons que se movem livremente, uma espécie de reservatório com gás de elétrons. Um metal no estado de nanoescala tem uma propriedade incrível - a ressonância plasmônica . Um grupo de cientistas chineses, juntamente com seus colegas americanos, usou esse recurso de nanopartículas para criar camuflagem plasmônica.

Você aprenderá sobre o que é e com o que é comido sob o corte.

Prefácio

Para entender como isso funciona, precisamos nos aprofundar na física do processo. Então, o que é ressonância plasmônica e para que é usada?

Todos sabemos como a luz interage com a superfície lisa de um metal - ela se reflete, e é por isso que os metais são usados ​​na fabricação de espelhos: alguns metais refletem a luz pior, outros melhor. Mas o que acontece quando a luz ou uma onda eletromagnética interage com uma nanopartícula de metal literalmente cheia de elétrons? Devido ao pequeno tamanho das nanopartículas de metal e à alta mobilidade dos elétrons neles, o campo elétrico da onda eletromagnética desloca a nuvem de elétrons dentro da nanopartícula em uma pequena quantidade, expondo o núcleo de átomos de metal com carga positiva do lado de trás.

Interação de uma onda eletromagnética, que é uma fonte de um campo elétrico externo, com uma nanopartícula de metal, cujo resultado é a força atraente entre elétrons em movimento deslocados e um esqueleto pesado com carga positiva de átomos de metal

Como resultado, uma força de atração de Coulomb surge entre duas metades da nanopartícula com carga oposta, que retorna os elétrons ao seu local original. Este é um plasmon (oscilação amortecida de um gás de elétron) e, portanto, as próprias partículas são chamadas de plasmon. Como no caso de qualquer outro processo oscilatório, esse fenômeno tem uma propriedade interessante - a ressonância, que é expresso em um aumento acentuado na absorção de ondas eletromagnéticas com uma certa frequência ou comprimento de onda. É por isso que nos espectros de absorção de soluções de nanopartículas metálicas há um componente incomum em forma de sino mostrado na figura abaixo.

Espectros de absorção de nanopartículas de ouro de vários diâmetros. Para maior clareza, é apresentada a parte visível do espectro.Dependendo

do diâmetro das nanopartículas, o comprimento de onda da luz em que ocorre a absorção de ressonância pode variar, como é o caso dos pontos quânticos .

Além disso, você pode ler sobre esse efeito nas páginas da revista Potential (encontrei o único link para comprar a revista aqui ). Ou ouça uma palestra no YouTube ministrada para os participantes da 9ª NanoOlympics :

Camaleão plasmático

Obviamente, cada metal tem sua própria frequência ressonante (plasmon). Para o ouro, o comprimento de onda no qual a ressonância ocorre é de cerca de 520-550 nm, para a prata, de cerca de 410-430 nm. Assim, se você combinar dois metais, obterá uma espécie de combinação não linear de um e de outro. É esse efeito que cientistas da China e dos EUA usaram em seus trabalhos no camaleão plasmônico e publicaram na prestigiosa revista científica ACSNano.

À primeira vista, a ideia parece extremamente simples. É necessário pegar um material poroso encomendado (por exemplo, alumina anodizada, AAO ), colocá-lo no eletrodo, cultivar uma pequena nanopartícula de ouro dentro de cada poro e adicionar outro eletrodo revestido com um gel condutor e contendo íons de prata no topo.

(ac) Um diagrama de um dispositivo demonstrando o princípio de operação e micrografias de uma matriz ordenada de nanoporos obtida usando um microscópio eletrônico (marcas de escala - 100 nm); (ef) testando as primeiras amostras que podem mudar de cor de vermelho para verde

Aplicando uma voltagem (~ 1,5 V), você pode rapidamente (afinal, estamos falando de nanopartículas) depositar pequenas quantidades de prata nas ilhas de ouro dentro dos poros e, assim, alterar as propriedades ópticas do sistema. Por exemplo, é fácil controlar o reflexo da luz na faixa de 420 - 650 nm, que praticamente cobre todo o espectro visível. E a aplicação de voltagem reversa permite converter prata em íons distribuídos no gel.

Uma demonstração completa do dispositivo para mudar de cor quando um campo elétrico: (a) os espectros de reflexão, (b) a dependência da posição reflexo do máximo de tempo de deposição de prata (apenas alguns segundos!), (C) chart Chromatic com cores obtidos na

pesquisa científica convencional sobre E isso acaba: eles dizem, mostramos que isso funciona, o resto não é nossa tarefa . No entanto, a equipe de autores decidiu não parar por aí e criou um robô camaleão composto por pequenas placas que mudam de cor. O robô está repleto de sensores e é capaz de analisar a gama de cores circundante, ajustando-se a ela.

(ac) Criou o robô camaleão capaz de mudar de cor, adaptando-se ao ambiente. (dc) Uma tecnologia semelhante pode ser usada para criar displays "estáticos", por exemplo, para banners publicitários.Além

disso, os cientistas demonstraram que essa tecnologia pode ser aplicada com sucesso para criar displays "estáticos". Eles podem substituir os modernos painéis de LED no campo da publicidade.

Um vídeo demonstrando o movimento de um camaleão ao longo de uma parede colorida, bem como alterações de cores em tempo real, pode ser visto no site da revista ACSNano .

Se alguém estiver interessado em adaptar uma tecnologia semelhante para suas próprias necessidades e / ou fazer bricolage, informações interessantes estão contidas nas Informações Complementares.para o artigo.

O artigo original, Mechanical Chameleon, através do ajuste dinâmico dinâmico em tempo real , é publicado no ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b07472 ).

Em vez de uma conclusão

E aproveitando esta oportunidade, gostaria de observar outra característica interessante das nanopartículas de ouro, especialmente para aqueles que perderam o vídeo por hora acima. Eles podem ser surpreendentemente rápida e facilmente coletados na interface de dois líquidos imiscíveis, como demonstrado no vídeo abaixo.



Partículas de 30-40 nm, você pode obter um espelho real!

Nesse caso, as nanopartículas formam um filme que possui certas propriedades mecânicas. Ele não racha, não se degrada, não perde seu brilho e cor metálicos, e se estende e se deforma, pois as nanopartículas no interior do filme são ligadas por moléculas especiais.

Mais vídeos também estão disponíveis no site da revista ACSNano .

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Source: https://habr.com/ru/post/pt391033/