211service.com
Levná optika s vlastní montáží
Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley vytvořili nanočástice, které se mohou samy skládat do různých optických zařízení. Kontrolou toho, jak hustě se drobné stříbrné částice shromažďují, mohou výzkumníci vyrobit několik různých druhů zařízení, včetně fotonických krystalů. Samomontážní materiály by mohly být vyrobeny levně a ve velkém měřítku. Výsledkem je, že nanočástice stříbra by mohly být použity k výrobě metamateriálů, barev měnících barvy, součástek pro optické počítače a ultracitlivých chemických senzorů a mnoha dalších potenciálních aplikací.
Světelné triky: Tato kyveta obsahuje roztok nanočástic stříbra v procesu samoskládání do tzv. plasmonického krystalu, jehož optické vlastnosti jsou vysoce závislé na prostoru mezi částicemi. Nahoře jsou nanočástice od sebe poměrně daleko. Na dně kyvety jsou nanočástice hustě zabaleny.
Vedené Peidong Yang , profesor chemie v Berkeley, vědci prokázali, že mohou použít nanočástice ke zvýšení citlivosti detekce arsenu o řád. Vyrobili také velmi robustní druh fotonického krystalu zvaný plasmonický krystal. Tyto nové struktury jsou podobné fotonickým krystalům, ale lepší, říká Petr Nordlander , profesor fyziky na Rice University, který se na práci nepodílel. Fotonické krystaly umožňují průchod některých vlnových délek světla, zatímco jiné odfiltrují. Komerčně se používají k potahování čoček a zrcadel a v optických vláknech; mohly být také použity v optických počítačích.
Stříbrné nanočástice, které tvoří Yangovy struktury, jsou oktaedry se stranami asi 150 nanometrů; jsou velmi pravidelného tvaru a velikosti. Krystalové struktury vytvořené z těchto nanočástic lze vytvořit, když se částice jednoduše umístí do zkumavky naplněné vodou a nechají se sbalit. Když se voda odpaří, zůstane krystalická struktura.
Yang říká, že jednoduchost procesu jeho skupiny je důležitá. Většina nanostrukturních materiálů je vyrobena shora dolů pomocí litografie, což ztěžuje jejich levnou výrobu ve velkém měřítku. Naproti tomu Yangovy částice rostou v roztoku. A většina samostatně sestavených struktur je tvořena relativně malými částicemi, říká Pavel Braun , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois, Urbana-Champagne. Větší částice, jako jsou ty, které používá Yangova skupina, mají lepší optické vlastnosti, říká. Toto je první článek demonstrující vysoce kvalitní samouspořádání kovových částic [takové velikosti], říká Braun o práci Yang, která byla publikována v roce Nano dopisy .
Když jsou stříbrné nanočástice volně zabaleny, struktury se chovají jako fotonické krystaly, což umožňuje některým vlnovým délkám světla se šířit a jiné zastavovat. Když jsou nanočástice hustě zabaleny, získají struktury zcela nové optické vlastnosti a chovají se jako takzvané plasmonické krystaly. Na okrajích částic stříbra se koncentrují vlny povrchové energie zvané plasmony. Stejně jako fotonické krystaly umožňují některým fotonům projít, zatímco jiné omezují, nové krystaly řídí tok energie obsažené ve světle ve formě plasmonů. Nordlander říká, že tento jev umožňuje berkeleyským strukturám interagovat se světlem mnohem silněji než tradiční fotonické krystaly. Z tohoto důvodu říká, že struktury by měly mít ještě více aplikací než fotonické krystaly.
Drobné dlaždice: Stříbrné oktaedry, jejichž strany měří kolem 150 nanometrů napříč balením, když jsou zavěšeny ve vodě. Optické vlastnosti výsledných krystalů jsou vysoce závislé na prostoru mezi částicemi.
Braun říká, že jednou vzrušující aplikací, která je možná díky levnému procesu vlastní montáže, je to, že materiály Berkeley by mohly být použity k výrobě laditelných povlaků, které mění barvu v závislosti na vzdálenosti mezi částicemi stříbra. Stejná technika by mohla být použita k výrobě materiálů, které mohou změnit, jak silně propouštějí určité vlnové délky světla. Tyto povlaky mohou sloužit jako kamufláž pro vojenská vozidla, povlaky čoček, které mohou měnit jejich přenos, a povlaky pro účinnější solární články. Na rozdíl od organických barviv vyvíjených pro tyto účely, říká Braun, nanočástice stříbra budou pravděpodobně časem lépe držet.
Stavební bloky Berkeley mohou být také použity k výrobě nových metamateriálů pro maskování a zobrazování ve vysokém rozlišení, říká Nicholas Fang , profesor mechanické vědy a inženýrství na University of Illinois, Urbana-Champagne. Většina metamateriálů, ať už jsou navrženy pro účely koncentrace světla v nových mikroskopech nebo odklánění světla kolem objektů pro maskování neviditelnosti, má problémy se škálovatelností. Stavební kameny Yang, říká Fang, pomohou překonat větší výzvy výroby.
Jednou aplikací, kterou již Yang ukázal, je použití plasmonických krystalů vytvořených z jeho stavebních bloků ke zvýšení citlivosti techniky chemické detekce zvané Ramanova spektroskopie. Yangova skupina testovala podzemní vodu, o které je známo, že je kontaminována arsenem, a zjistila, že krystaly zvýšily citlivost detekce z deseti na jednu část na miliardu – nejcitlivější dosud provedená detekce arsenu. Yang říká, že doufá, že krystaly budou začleněny do levných, přenosných chemických senzorů pro použití v místech v Indii a Číně, kde pitná voda obsahuje arsen v nezdravých, ale dříve nezjistitelných úrovních.