2019-10-02 08:42:01
产品认证唾手可得

想象一下,如果您的呼吸或指尖周围的水蒸气显示出商业产品(智能手机,笔记本电脑,昂贵的酒)上看不见的图案,这些图案验证了产品的真实性并有助于防伪工作。

也可以想象一下,如果可以轻松地在固体中轻松地进行快速,稳定和可逆的颜色切换,那么就可以在彩色显示器,标牌,传感器和信息加密中打开有希望的应用。

由加利福尼亚大学河滨分校的化学家领导的团队通过首次制造银纳米颗粒或AgNPs的“等离激元”颜色可转换膜,使这种幻想更加接近了现实。到目前为止,纳米颗粒的这种颜色变化主要是在液体中实现的,限制了它们在实际应用中的潜力。

领导该研究小组的化学教授尹亚东说:“迄今为止,固体薄膜中等离激元颜色的快速和可逆调整是一个巨大的挑战。” “我们的新工作将等离子体金属纳米颗粒带到了色彩转换应用的最前沿。”

研究结果发表在Angewandte Chemie国际版中。该研究论文已被该杂志指定为VIP论文。

等离子体激元

等离子体金属纳米粒子(例如金和银)具有特殊的光学特性,因为它们有效吸收和散射特定波长的光。可以通过改变单个粒子之间的距离来改变它们的颜色-Yin的研究团队利用此功能开发了等离激元颜色转换膜。

研究人员在玻璃基板上涂覆了一层硼酸钠或硼砂。然后他们将AgNPs喷在硼砂上以形成薄膜。 Yin解释说,每个AgNP的表面都有封盖配体,从而在AgNP之间引入距离。没有配体提供的缓冲剂,纳米颗粒将聚集在一起。

化学课

在水或湿气存在下,硼砂变成硼酸并释放出氢氧根离子。这些离子使配体的化学基团“去质子化”,从而导致质子损失并在AgNPs上添加负电荷。排斥力将带负电的纳米粒子彼此推开。粉红色的纳米粒子获得新的粒子间距离,从而使其反射不同的颜色:黄色。

除去水分后,硼酸通过捕获氢氧根离子转变为硼砂,从而引发了配体化学基团的质子化。这导致配体表面电荷的减少,削弱了AgNP之间的排斥力,并使它们彼此靠近并聚集。现在,随着粒子间距离的减小,AgNP膜的颜色从黄色切换为粉红色,表明具有完全可逆性。

尹说:“通过这种机制,我们可以在存在或不存在水分的情况下迅速实现AgNP薄膜的等离子体颜色转换。” “在我们的实验中,我们将AgNP薄膜暴露在80%相对湿度的湿度下,发现薄膜的颜色从粉红色变为红色,橙色,最后变为黄色。”

触手可及

利用人类手指周围的相对湿度(高达100%),Yin的团队发现AgNP膜可以响应指尖的接近而改变颜色。

尹说:“这提供了一种方便,快速,无接触的方法,可用于信息加密和产品认证。” “可以通过光刻工艺在AgNP薄膜中对各种高分辨率图案进行有效加密,然后在暴露于人类呼吸或指尖的湿气中时将其解密。其他可预见的应用包括安全通信和量热实时环境或健康监测。”

Yin的团队发现,湿敏AgNP薄膜在等离子颜色切换中显示了可逆性和可重复性超过1000个循环。

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