Medeltida hantverkare omedvetet används nanoteknik när de blandas guld klorid i smält glas för att skapa rikt färgade fönster av målat glas. Snart kunde vi ha full-färg visar eller fönster med målat glas som ändrar färg på knycka av en elektrisk brytare, tack för samma typer av ljus-spridning nanopartiklar.
Vi är ett steg närmare att sådana underbara saker med en ny metod för att ansluta metall nanopartiklar via teensy “vindbryggor” av tunt lager av silver, som utvecklats av forskare vid Rice University. Detta gör dem länken par av nanopartiklar som scatter olika färger av ljus samman för att bilda en enkel färg visar. Forskarna beskrev deras arbete i en ny studie i Science Förskott.
Nanopartiklar är speciella eftersom de ligger på gränsen mellan makroskopiska och quantum sfärer, där klassisk fysik och kvantmekanik härska, respektive. Det är deras storlek som räknas: en nanometer motsvarar en 25-miljondel av en tum, och nanopartiklar varierar i storlek från några få nanometer till flera hundra nanometer. Det ger dem ovanliga egenskaper som inte finns i samma delar till makro-skala.
Detta inkluderar optiska egenskaper, framför allt hur metall nanopartiklar i synnerhet sprider ljus. Forskarna har analyserat medeltida glasmålningar, och fann guld och silver nanopartiklar är nyckeln till djupt röda och gula som finns däri.
Guld nanopartiklar absorberar blått och gult ljus, rött ljus med längre våglängd, reflekterar bort dem och passerar genom glaset. Något liknande händer med silvernanopartiklar, bara ljus gult ljus skingrar av och passerar genom glaset. Gör guld sfärer lite större, och du kan få grön eller orange. Att göra silver nanopartiklar mindre, och du får blå.
Sponsrade
De har intressanta kemiskt reaktiva egenskaper. 2008, till exempel, forskare vid Queensland University of Technology funnit att vissa fönster med målat glas faktiskt hjälpte till att rena luften när solen lyste igenom dem. Den hemliga ingrediensen var guld nanopartiklar. Solljus aktiverat nanopartiklar så att de kunde förstöra flyktiga organiska kemikalier (Voc) — källan för den nya bilen lukt, till exempel, men giftigt vid inandning i stora mängder.
Egenskaper av medeltida glasmålningar är så unik, Walesiska forskare nyligen använda sina egna versioner av material för att bygga en speciell 3D-panorama-kamera för den Europeiska rymdorganisationen är 2019 Mars rover uppdrag. I så fall, användbar egenskap var vägen glas som motstår blekning, även efter hundratals år av exponering för solens UV-strålning. Genom att blockera UV-strålning, nanopartiklar i målat glas marker kommer att fånga de verkliga färgerna på den röda planeten.
Men det har visat sig svårt att förmå metall nanopartiklar för att växla färger, en kritisk förmåga om du vill bygga en färgskärm med dem. Tidigare arbete har lyckats några smärre skiftar i nyans genom att länka nanopartiklar med nanowire broar. Ris forskare förbättrats på dessa tekniker för att göra färgen skiftar starkare via en typ av kemisk-bron.
För det första, Ris team fasta par av guld nanopartiklar till ett glas yta belagd med ledande indiumtennoxid, eller ITO (det är i din smartphone, till exempel). De används ITO att belägga ytan av guld partiklar med en silver galvanisera. Då de nedsänkt dem i saltvatten elektrolyt med ett silver elektrod för att bilda en krets. Zap nanopartiklar med en negativ spänning, och en ledande silver “vindbryggan” formulär. Omvänd spänning, och bron drar.
“Den stora sak om dessa kemiska broar är att vi kan skapa och eliminera dem helt enkelt genom att tillämpa eller bakåt för en spänning,” grupp ledare Christy Landes sade i ett pressmeddelande. “Detta är den första metoden ännu inte visat att producera dramatiska, reversibel ändrar färg för enheter som byggs från och med ljus som aktiveras av nano-partiklar.”
Referens:
Byers, C. P. et al. (2015) “Från avstämbara core-skal nanopartiklar för att plasmoniska vindbryggor: Aktiv kontroll av nanopartiklar optiska egenskaper,” Vetenskap Förskott 1(11): e1500988.
[Via Nanowerk Nyheter]
Bilder: (överst) Blyinfattade fönster i 11-talet Saint Walburga kyrkan, Oudenaarde, Belgien. Kredit: skyfish / Shutterstock.com. (mitten) Elektronmikroskop bild av två silver pläterad guld nanopartiklar som är ansluten med en “vindbryggan”: ett lager av silver. (längst ner) Olika färger av ljus utan vindbryggor och med dem. Kredit: C. Byers/Rice University.