Nanorods kunne i høj grad forbedre visuel visning af information (m/ video)

Kemikere ved University of California, Riverside har udviklet små, nanoskala-stænger af jernoxidpartikler i laboratoriet, der reagerer på et eksternt magnetfelt på en måde, der dramatisk kan forbedre, hvordan visuel information vises i fremtiden.

Tidligere har Yadong Yins laboratorium viste, at når et eksternt magnetfelt påføres jernoxidpartikler i opløsning, løsningen ændrer farve som reaktion på magnetfeltets styrke og orientering. Nu er det lykkedes hans laboratorium at påføre en belægning af silica (siliciumdioxid) på jernoxidpartiklerne, så når de kommer sammen i opløsning, som lineært forbundne sfærer, de danner til sidst små stænger-eller "nanoroder"-der permanent bevarer deres peapod-lignende struktur.

Når et eksternt magnetfelt påføres opløsningen af ​​nanoroder, de retter sig parallelt med hinanden som et sæt små lommelygter drejet i en retning, og viser en strålende farve.

"Vi har i det væsentlige udviklet afstembare fotoniske materialer, hvis egenskaber kan manipuleres ved at ændre deres orientering med eksterne felter, "sagde Yin, en adjunkt i kemi. "Disse nanoroder med konfigurerbar intern periodicitet repræsenterer de mindste mulige fotoniske strukturer, der effektivt kan afbøde synligt lys. Dette arbejde baner vej for at fremstille magnetisk reagerende fotoniske strukturer med betydeligt reducerede dimensioner, så farve manipulation med højere opløsning kan realiseres."

Anvendelser af teknologien omfatter mønsterdannelse i høj opløsning, plakater, billeder, energieffektive farvedisplays, og enheder som trafiksignaler, der rutinemæssigt bruger et sæt farver. Andre anvendelser er inden for bio- og kemisk sensing samt biomedicinsk mærkning og billeddannelse. Farvedisplays, der i øjeblikket ikke let kan ses i sollys - f.eks. en bærbar skærm - vil blive set mere klart og klart på enheder, der anvender nanorod -teknologien, da stængerne simpelthen afbøjer en farve fra det synlige lys, der rammer dem.

Undersøgelsesresultater vises online i dag (14. marts) i Angewandte Chemie . Forskningen vil blive fremhævet på bagsiden af ​​et kommende printnummer.

I laboratoriet, Yin og hans kandidatstuderende Yongxing Hu og Le Han overtog oprindeligt de magnetiske jernoxidmolekyler med et tyndt lag silica. Derefter påførte de et magnetfelt for at samle partiklerne i kæder. Næste, de dækkede kæderne med et ekstra lag siliciumdioxid for at give mulighed for en silica -skal til at danne sig omkring og stabilisere kædestrukturen.

Ifølge forskerne, timingen af ​​magnetfelteksponering er kritisk vigtig for succesen med kædeformationen, fordi den muliggør finjustering af "interpartikel" -afstanden-afstanden mellem to partikler-inden i fotoniske kæder. De rapporterer, at kæden af ​​de magnetiske partikler skal induceres ved kortvarig eksponering for ydre felter under silica -belægningsprocessen, så partiklerne forbliver midlertidigt forbundet, tillader yderligere silicaaflejring at derefter fastgøre kæderne til mekanisk robuste stænger eller tråde.

De rapporterer også i forskningspapiret, at afstanden mellem partiklerne i kæderne i en prøve kan finjusteres ved at justere tidspunktet for magnetfelteksponeringen; længden af ​​de enkelte kæder, som ikke påvirker den viste farve, kan styres ved at ændre varigheden af ​​magnetfelteksponeringen.

"De fotoniske nanoroder, som vi udviklede, spredes tilfældigt i opløsning i fravær af et magnetfelt, men justerer sig selv og viser diffraktionsfarve med det samme, når der anvendes et eksternt felt, "Sagde Yin." Det er det periodiske arrangement af jernoxidpartiklerne, der effektivt afbøjer synligt lys og viser strålende farver. "

Han forklarede, at alle de endimensionelle fotoniske stænger i en prøve viser en enkelt farve, fordi partiklerne arrangerer sig med ensartet periodicitet-det vil sige mellempartikelafstanden inden for alle kæderne er den samme, uanset længden på de enkelte kæder. Yderligere, de fotoniske kæder forbliver adskilt fra hinanden i magnetfelter på grund af den magnetiske frastødningskraft, der virker vinkelret på magnetfeltets retning.

Forskerne bemærker, at en enkel og bekvem måde at ændre periodiciteten i stængerne er at bruge jernoxidklynger af forskellige størrelser. Det her, de argumenterer, ville gøre det muligt at producere fotoniske stænger med diffraktionsbølgelængder på tværs af et bredt spektrum fra nær ultraviolet til nær infrarød.

"En stor fordel ved den nye teknologi er, at det næsten ikke kræver energi at ændre orienteringen af ​​nanoroderne og opnå lysstyrke eller en farve, "Sagde Yin." En nuværende ulempe, imidlertid, er, at mellempartiklerne i kæderne bliver fikseret, når silica -belægningen er påført, tillader ingen fleksibilitet og kun én farve, der skal vises. "

Hans laboratorium arbejder nu på at opnå bistabilitet for nanoroderne. Hvis laboratoriet lykkes, nanoroderne ville være i stand til at diffraktere to farver, en ad gangen.

"Dette ville gøre det muligt for den samme enhed eller pixel at vise en farve et stykke tid og en anden farve senere, "sagde Yin, en Cottrell Scholar.