Stel je voor dat waterdamp in je adem of rond je vingertoppen onzichtbare patronen op commerciële producten onthult:smartphones, laptops, dure drank - die de authenticiteit van de producten verifieerde en hielp bij het bestrijden van namaak.

Stel je voor, te, indien snel, stal, en omkeerbare kleuromschakeling kan gemakkelijk worden ontwikkeld in vaste stoffen, het openen van veelbelovende toepassingen in kleurenschermen, bewegwijzering, sensoren, en informatieversleuteling.

Een team onder leiding van een chemicus aan de Universiteit van Californië, rivieroever, heeft deze fantasie dichter bij de realiteit gebracht door voor de eerste keer "plasmonische" kleurverwisselbare films van zilveren nanodeeltjes te fabriceren, of AgNP's. Tot nu, dergelijke kleurverandering van nanodeeltjes werd voornamelijk bereikt in vloeistoffen, het beperken van hun potentieel voor praktische toepassingen.

"Snelle en omkeerbare afstemming van plasmonische kleuren in vaste films, tot nu toe een uitdaging belooft veel voor een aantal toepassingen, " zei Yadong Yin, een professor in de chemie, die het onderzoeksteam leidde. "Ons nieuwe werk brengt plasmonische metalen nanodeeltjes op de voorgrond van kleurconversietoepassingen."

Studieresultaten verschijnen in Internationale editie van Angewandte Chemie . Het onderzoekspaper is door het tijdschrift aangewezen als VIP-paper.

Plasmonica

Plasmonische metalen nanodeeltjes, zoals goud en zilver, hebben speciale optische eigenschappen omdat ze licht op bepaalde golflengten efficiënt absorberen en verstrooien. Hun kleuren kunnen worden gewijzigd door de afstand tussen hun afzonderlijke deeltjes te veranderen - een functie waar het onderzoeksteam van Yin gebruik van maakte om hun plasmonische kleurwisselfilm te ontwikkelen.

De onderzoekers bedekten een glassubstraat met een laag natriumboraat, of borax. Daarna sproeiden ze AgNP's over de borax om een ​​film te vormen. Yin legde uit dat elk AgNP afdekliganden op het oppervlak heeft die afstand tussen de AgNP's introduceren. Zonder de buffer die door de liganden wordt geleverd, de nanodeeltjes zouden samenklonteren.

Scheikunde les

In aanwezigheid van water of vocht, borax verandert in boorzuur en geeft hydroxylionen af. Deze ionen "deprotoneren" een chemische groep van de liganden, wat resulteert in het verlies van een proton en de toevoeging van een negatieve lading op de AgNP's. Afstotende krachten duwen de negatief geladen nanodeeltjes van elkaar weg. De nanodeeltjes, die roze zijn, nieuwe interdeeltjesafstanden verwerven, waardoor ze een andere kleur weerkaatsen:geel.

Wanneer het vocht is verwijderd, het boorzuur wordt weer omgezet in borax door hydroxylionen op te vangen, het initiëren van een protonering van de chemische groep van het ligand. Dit veroorzaakt een vermindering van de oppervlakteladingen op het ligand, de afstotingskrachten tussen de AgNP's verzwakken en ervoor zorgen dat ze dichter bij elkaar komen en aggregeren. Nu de afstanden tussen de deeltjes kleiner zijn, de kleur van de AgNP-film schakelt terug van geel naar roze, volledige omkeerbaarheid aantonen.

"Door dit mechanisme we konden snel plasmonische kleuromschakeling van de AgNP-film bereiken in de aanwezigheid of afwezigheid van vocht, " zei Yin. "In onze experimenten, we hebben de AgNP-film blootgesteld aan vocht van 80% relatieve vochtigheid en ontdekten dat de film van kleur veranderde van roze naar rood, Oranje, en tenslotte geel."

Met de vingertoppen

Door gebruik te maken van de relatieve vochtigheid rond menselijke vingers - tot wel 100% - ontdekte Yin's team dat AgNP-films van kleur kunnen veranderen als reactie op de nabijheid van een vingertop.

“Dit zorgt voor een handige, snel, en contactloze methode die kan worden gebruikt bij informatieversleuteling en productauthenticatie, " zei Yin. "Verschillende patronen met hoge resolutie kunnen effectief worden gecodeerd in de AgNP-films door middel van een lithografieproces en vervolgens worden gedecodeerd wanneer ze worden blootgesteld aan vocht in menselijke adem of vingertoppen. Andere voorzienbare toepassingen zijn onder meer veilige communicatie en calorimetrische realtime-omgeving of gezondheidsmonitoring."

Het team van Yin ontdekte dat de op vocht reagerende AgNP-films reversibiliteit en herhaalbaarheid vertoonden in plasmonische kleuromschakeling gedurende meer dan 1, 000 cycli.