Selvsamlende nanopartikelarrays kan skifte mellem et spejl og et vindue

Ved at finjustere afstanden mellem nanopartikler i et enkelt lag, forskere har lavet et filter, der kan skifte mellem et spejl og et vindue.

Udviklingen kan hjælpe forskere med at skabe specielle materialer, hvis optiske egenskaber kan ændres i realtid. Disse materialer kan derefter bruges til applikationer fra justerbare optiske filtre til miniature kemiske sensorer.

At skabe et 'afstembart' materiale - et som kan kontrolleres nøjagtigt - har været en udfordring på grund af de små skalaer, der er involveret. For at tune de optiske egenskaber af et enkelt lag af nanopartikler - som kun er titusinder af nanometer i størrelse hver - skal mellemrummet mellem dem indstilles præcist og ensartet.

For at danne laget, holdet af forskere fra Imperial College London skabte betingelser for, at guldnanopartikler kunne lokaliseres ved grænsefladen mellem to væsker, der ikke blandes. Ved at påføre en lille spænding over grænsefladen, holdet har været i stand til at demonstrere et justerbart nanopartikellag, der kan være tæt eller sparsomt, gør det muligt at skifte mellem et reflekterende spejl og en gennemsigtig overflade. Forskningen er offentliggjort i dag i Naturmaterialer .

Studie medforfatter professor Joshua Edel, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"Det er en rigtig fin balance - i lang tid kunne vi kun få nanopartiklerne til at klumpe sammen, når de samledes, i stedet for at være præcist fordelt. Men mange modeller og eksperimenter har bragt os til det punkt, hvor vi kan skabe et virkelig afstembart lag."

Afstanden mellem nanopartiklerne afgør, om laget tillader eller reflekterer forskellige bølgelængder af lys. I den ene yderlighed, alle bølgelængder reflekteres, og laget fungerer som et spejl. I den anden yderlighed, hvor nanopartiklerne er spredt, alle bølgelængder er tilladt gennem grænsefladen, og den fungerer som et vindue.

I modsætning til tidligere nanoskopiske systemer, der brugte kemiske midler til at ændre de optiske egenskaber, holdets elektriske system er reversibelt.

Studie medforfatter professor Alexei Kornyshev, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"At finde de rigtige betingelser for at opnå reversibilitet krævede fin teori; ellers ville det have været som at søge efter en nål i en høstak. Det var bemærkelsesværdigt, hvor tæt teorien matchede eksperimentelle resultater."

Medforfatter professor Anthony Kucernak, også fra Institut for Kemi, kommenterede:"At omsætte teori til praksis kan være svært, da man altid skal være opmærksom på materielle stabilitetsgrænser, så det var udfordrende at finde de korrekte elektrokemiske forhold, under hvilke virkningen kunne opstå."

Professor Kornyshev tilføjede:"Hele projektet blev kun muliggjort af de unge teammedlemmers unikke knowhow og evner og entusiasme, herunder Dr. Yunuen Montelongo og Dr. Debarata Sikdar, blandt andre, som alle har forskellig ekspertise og baggrund."