Middelalderens håndverkere uforvarende brukes nanoteknologi når de blandet gull klorid i smeltet glass for å lage rikt hued vinduer i farget glass. Snart kunne vi ha full-farge som skal vises eller farget glass, vinduer som kan endre fargen på flick av en elektrisk bryter, takket være de samme typer lys-spredning av nanopartikler.
Vi er ett skritt nærmere til slike vidunderlige ting med en ny metode for å koble metall nanopartikler via teensy “drawbridges” av tynne lag av sølv, som er utviklet av forskere ved Rice University. Dette lar dem link par av nanopartikler som scatter forskjellige farger av lys sammen for å danne en enkel farge som skal vises. Forskerne beskrevet sitt arbeid i en ny artikkel i Science Fremskritt.
Nanopartikler er spesielle fordi de skreve grensen mellom makroskopiske og quantum verdener, der klassisk fysikk og kvantemekanikk hold sway, henholdsvis. Det er størrelsen som teller: en nanometer tilsvarer en 25-milliondel av en tomme, og nanopartikler varierer i størrelse fra noen få nanometer til flere hundre nanometer. Det gir dem uvanlige egenskaper som ikke finnes i de samme elementene på makro skala.
Dette inkluderer optiske egenskaper, spesielt hvordan metall nanopartikler i særlig scatter-lys. Forskere har analysert middelalder glassmalerier, og fant gull og sølv nanopartikler er nøkkelen til dyp rødt og gult som finnes der.
Gull nanopartikler absorberer blått og gult lys, rødt lys, med sin lengre bølgelengde, og reflekterer av dem og går gjennom glass. Noe lignende skjer med sølv nanopartikler; bare lyse gult lys sprer ut og går gjennom glass. Lage gull kuler litt større, og du kan få grønn eller oransje. Gjøre sølv nanopartikler mindre, og du får blå.
Sponset
De har interessante kjemisk reaktive egenskaper, også. I 2008, for eksempel, har forskere ved Queensland University of Technology funnet at noen glassmalerier faktisk hjalp å rense luften når solen skinte gjennom dem. Den hemmelige ingrediensen var gull nanopartikler. Sollys aktivert nanopartikler, slik at de kunne ødelegge flyktige organiske kjemikalier (Voc) — kilden som ny bil lukt, for eksempel, men giftig ved innånding i større mengder.
Egenskapene til middelalderen farget glass er så unik, Walisisk forskere nylig har brukt sine egne versjoner av materiale til å bygge en spesiell 3D-panorama-kamera for European Space Agency 2019 Mars rover oppgave. I så fall er det nyttig eiendom var måten glass motstår falming — selv etter hundrevis av år med eksponering for solens UV-stråling. Ved å blokkere UV-stråling, nanopartikler i farget glass chips vil fange den sanne farger på den røde planet.
Men det er en utfordring å indusere metall nano partikler for å bytte farger, en kritisk evne til hvis du ønsker å bygge en fargeskjerm med dem. Tidligere arbeid har klart noen små skift i hue, ved å knytte nanopartikler med nanowire broer. Ris forskere forbedret på disse teknikker for å gjøre fargen skifter sterkere via en slags kjemisk bridge.
Første, Ris team faste par av gull nanopartikler til et glass overflate belagt med ledende indium tinn oksid, eller ITO (det er i din smartphone-skjermen, for eksempel). De brukte ITO å dekke overflaten av gull partikler med en sølv electroplate. Da de midt dem i saltvann elektrolytt med en sølv elektrode for å danne en krets. Zap den nanopartikler med en negativ spenning, og en ledende sølv “drawbridge” former. Omvendt spenning, og broen trekker seg.
“Det er bra om disse kjemiske broer er at vi kan lage og eliminere dem rett og slett ved å legge til eller opphever en spenning,” gruppeleder Christy Landes sa i en pressemelding. “Dette er den første metoden likevel vist seg å produsere dramatiske, reversibel farge endringer for enheter bygget fra lys-aktivert nano partikler.”
Referanse:
Byers, C. P. et al. (2015) “Fra justerbare kjerne-skall nanopartikler til plasmonic drawbridges: Aktiv kontroll av nanopartikkel optiske egenskaper,” Science Fremskritt 1(11): e1500988.
[Via Nanowerk Nyheter]
Bilder: (øverst) glassmaleri i 11. århundre Saint Walburga kirken, Oudenaarde i Belgia. Kreditt: skyfish / Shutterstock.com. (midten) Elektron mikroskop bilde av to sølv-belagt gull nanopartikler koblet sammen med en “drawbridge”: et lag av sølv. (nederst) Forskjellige farger av lys uten drawbridges og med dem. Kreditt: C. Byers/Rice University.