Plasmonik kan bringe et bæredygtigt samfund, afsaltningsteknologi

Det nye område inden for plasmonik kan bringe fremskridt inden for kemisk fremstilling, indføre nye rene og bæredygtige teknologier og afsaltningssystemer for at afværge en fremtidig global vandkrise.

Plasmoniske materialer indeholder funktioner, mønstre eller elementer, der muliggør enestående kontrol af lys ved at udnytte skyer af elektroner kaldet overfladeplasmoner.

"Plasmonics tilbyder den ultimative kontrol over lys og fotokemi, ved hjælp af metalliske nanostrukturer, der er i stand til at koncentrere elektromagnetisk energi til nanoskala -mængder, "sagde Vladimir M. Shalaev, Purdue Universitets Bob og Anne Burnett Fremstående professor i elektroteknik og computerteknik. "Det kan have en transformerende indvirkning på den måde, vi vil køre på, manipulere, forstærke, og overvåge kemiske processer i fremtiden. "

Potentialet for praktiske anvendelser diskuteres i en kommentar, der vises fredag ​​(2. juni) i afsnittet Perspektiver i Videnskab magasin. Artiklen blev skrevet af gæsteforsker Alberto Naldoni; Shalaev; og Mark Brongersma, en professor i Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Stanford University.

Overfladeplasmoner og "resonante nanostrukturer" kan udnyttes til den ultraeffektive fremstilling af kemikalier og brændstoffer. Et eksempel er den potentielle anvendelse af disse nanostrukturer kombineret med halvlederanordninger, der høster lys for at udføre katalyse.

Når halvledere lyser, elektroner siges at være "begejstrede, "bevæger sig fra et energiniveau, eller band, til en anden og efterlader "huller". Overfladeplasmoner er grupper af elektroner, der kollektivt bliver ophidsede og derefter "henfalder, "eller taber energi, genudsendende fotoner eller meget energiske, "hed, "elektroner og huller. Disse varme elektroner kan bruges til at drive kemiske reaktioner.

Innovationer inden for plasmonik kan gøre det muligt at udforske nye typer kemi, der typisk kun er mulige ved høje temperaturer og tryk. Overfladeplasmonerne forårsager "lokal opvarmning, "der lover meget for applikationer som kemisk adskillelse og destillation til industrielle processer, og saltvandssaltning.

"Verden står over for en ferskvandskrise, og billigt, effektiv produktion af ferskvand fra saltvand ville betyde en afslutning på denne globale udfordring, "Sagde Shalaev." Plasmoniske nanopartikler kan samles selv inde i nanokanalerne i en membran, der flyder på vand. Ved bestråling, den plasmoniske enhed absorberer mere end 96 procent af solspektret og fokuserer den absorberede energi i vandmængder i nanoskala, muliggør dampgenerering og effektiv afsaltning. "

Plasmonik kan også kombineres med DNA til fremstilling af specialfremstillede "tredimensionelle metamolekyler" og lysdrevne molekylære robotter til applikationer inden for kemi, teknologi og medicin.

"Sådanne plasmoniske maskiner kunne implementeres til at udføre smarte operationer såsom transport af molekyler og informationsbehandling, " han sagde.

Opskalering af plasmonisk kemi til industrielt niveau ville kræve udvikling af nye alternative plasmoniske materialer, brugen af ​​"metasurfaces" og fleksible nanofotoniske platforme.

"Overgangen til et rent og bæredygtigt samfund finder allerede sted, "Sagde Shalaev." Plasmonik kan hjælpe med at fremskynde denne omstilling ved at muliggøre, manipulerende, forstærkning, og overvågning af kemiske processer med atomskala præcision og kontrol. "