Een demonstratie van optische effecten die mogelijk zijn gemaakt met behulp van de assemblagemethode op nanoschaal om gouden nanostaafjes in een materiaal uit te lijnen. Verschillende kleuren worden zichtbaar voor de waarnemer als de hoek van het prototype-apparaat verandert. Krediet: Heyou Zhang (Exciton Science)
Dankzij een nieuwe bouwmethode op nanoschaal zouden speciale hulpmiddelen voor het bestrijden van namaak en chemische detectie kunnen worden ontwikkeld die we met onze ogen kunnen gebruiken.
In een wereldprimeur zijn onderzoekers van het ARC Center of Excellence in Exciton Science erin geslaagd om kleine staafjes gemaakt van goud in exacte patronen te rangschikken, en in aantallen die groot genoeg zijn voor praktisch gebruik. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen.
Belangrijk is dat deze gouden staven zo kunnen worden gerangschikt dat ze een verscheidenheid aan kleuren genereren, die veranderen afhankelijk van hoe ze worden bekeken.
Dat maakt ze een geweldige functie om namaak te voorkomen. Als ze bijvoorbeeld op een bankbiljet of paspoort worden gebruikt, kunnen ze handig zijn voor kassamedewerkers of douane-expediteurs.
Ze kunnen ook worden aangepast om in aanwezigheid van chemicaliën van kleur te veranderen, als waarschuwing voor gevaarlijke niveaus van koolmonoxide en andere gassen.
Hoewel deze effecten eerder zijn waargenomen, was het niet mogelijk om ze op een met het blote oog zichtbare grootte te maken. Er was een nieuwe benadering van chemische assemblage nodig.
Overweeg dit: het is eenvoudig genoeg om de stenen in een passend huis te krijgen. Ga een beetje kleiner, en kinderen kunnen hetzelfde doen met Lego. Maar hoe bouw je dingen nauwkeurig op op nanoschaal?
Een nanometer is ongeveer een miljardste van de grootte van een meter. Om de zaken in perspectief te plaatsen: een vel papier is ongeveer 100.000 nanometer dik en je vingernagels groeien ongeveer een nanometer per seconde. Dus, tenzij je Ant Man bent en kunt krimpen tot het subatomaire niveau, is het een moeilijke taak.
Maar gelukkig hoef je geen Avenger te zijn om de klus te klaren. Hoofdauteur Heyou Zhang, een Ph.D. kandidaat aan de Universiteit van Melbourne, heeft een techniek gebruikt die elektroforetische depositie (EPD) wordt genoemd.
“Het hele idee van mijn doctoraat is om afzonderlijke nanodeeltjes beter te kunnen beheersen. Bouwers bouwen huizen, steen voor steen, en ze kunnen elke steen plaatsen waar ze willen,” zei Heyou.
“Ik wil nanodeeltjes op een vergelijkbare manier gebruiken. Maar op nanometerschaal kun je nanodeeltjes niet zelf verplaatsen. Ze zijn onzichtbaar. Je moet een methode gebruiken om het deeltje in een bepaalde positie te drijven of te duwen.”
EPD omvat het toepassen van een elektrisch veld van een bepaalde sterkte op de materialen en het gebruik van de scheiding van positieve en negatieve ladingen om de staven op hun plaats te duwen.
Heyou legde uit: “Je hebt een positief potentieel en als het deeltje negatief is, trekken ze elkaar aan. Als ik het positieve potentieel aan de zijkant van een muur heb en ik heb wat gaten in de muur, dan kan het deeltje alleen worden aangetrokken die gaten. “
Met de techniek kunnen Heyou en zijn collega’s collecties bouwen van meer dan een miljoen nanostaafjes per vierkante millimeter, in patronen naar keuze.
Naast het tegengaan van namaak en chemische detectie, zou de assemblagemethode toepassingen kunnen hebben in hernieuwbare energie, smartphones, laptops en efficiënte verlichting.
Heyou Zhang et al. Directe montage van verticaal georiënteerde, gouden nanostaafjes, Geavanceerde functionele materialen (2020). DOI: 10.1002 / adfm.202006753
Geavanceerde functionele materialen
Geleverd door ARC Center of Excellence in Exciton Science
