Imagine si el vapor de agua en su aliento o alrededor de la punta de los dedos revelara patrones invisibles en productos comerciales teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, bebidas alcohólicas costosas que verificaron la autenticidad de los productos y ayudaron a los esfuerzos contra la falsificación.
Imagine, también, si el cambio de color rápido, estable y reversible pudiera desarrollarse fácilmente en sólidos, abriendo aplicaciones prometedoras en pantallas de color, señalización, sensores y encriptación de información.
Un equipo dirigido por un químico de la Universidad de California, Riverside, ha acercado esta fantasía a la realidad mediante la fabricación por primera vez de películas de nanopartículas de plata o AgNPs intercambiables en color "plasmónicas". Hasta ahora, ese cambio de color deLas nanopartículas se lograron principalmente en líquidos, lo que limita su potencial para aplicaciones prácticas.
"El ajuste rápido y reversible del color plasmónico en películas sólidas, un desafío hasta ahora, es muy prometedor para una serie de aplicaciones", dijo Yadong Yin, profesor de química, que dirigió el equipo de investigación. "Nuestro nuevo trabajo trae plasmonicnanopartículas metálicas a la vanguardia de las aplicaciones de conversión de color "
Los resultados del estudio aparecen en Edición internacional Angewandte Chemie .
Plasmonics
Las nanopartículas de metal plasmónico, como el oro y la plata, tienen propiedades ópticas especiales porque absorben y dispersan eficientemente la luz en longitudes de onda particulares. Sus colores pueden alterarse cambiando la distancia entre sus partículas individuales, una característica que el equipo de investigación de Yin aprovechóde desarrollar su película de cambio de color plasmónico.
Los investigadores cubrieron un sustrato de vidrio con una capa de borato de sodio o bórax. Luego rociaron AgNP sobre el bórax para formar una película. Yin explicó que cada AgNP tiene ligandos de protección en su superficie que introducen la distancia entre los AgNP. Sin eltampón proporcionado por los ligandos, las nanopartículas se agruparían.
Lección de química
En presencia de agua o humedad, el bórax se convierte en ácido bórico y libera iones hidroxilo. Estos iones "desprotonan" un grupo químico de los ligandos, lo que resulta en la pérdida de un protón y la adición de una carga negativa en los AgNP.Las fuerzas de repulsión empujan las nanopartículas cargadas negativamente, alejándose unas de otras. Las nanopartículas, que son rosadas, adquieren nuevas distancias entre partículas, haciendo que reflejen un color diferente: amarillo.
Cuando se elimina la humedad, el ácido bórico vuelve a convertirse en bórax al capturar iones hidroxilo, iniciando una protonación del grupo químico del ligando. Esto provoca una reducción en las cargas superficiales en el ligando, debilitando las fuerzas de repulsión entre los AgNP y causándolospara acercarse entre sí y agregarse. Con las distancias entre partículas ahora reducidas, el color de la película AgNP cambia de amarillo a rosa, lo que demuestra una reversibilidad total.
"A través de este mecanismo, podríamos lograr rápidamente el cambio de color plasmónico de la película de AgNP en presencia o ausencia de humedad", dijo Yin. "En nuestros experimentos, expusimos la película de AgNP a una humedad del 80% de humedad relativa y encontramos ella película cambió los colores de rosa a rojo, naranja y finalmente amarillo "
por la punta de los dedos
Haciendo uso de la humedad relativa alrededor de los dedos humanos, hasta el 100%, el equipo de Yin descubrió que las películas de AgNP pueden cambiar de color en respuesta a la proximidad de la punta de un dedo.
"Esto permite un método conveniente, rápido y sin contacto que se puede utilizar en el cifrado de información y la autenticación del producto", dijo Yin. "Varios patrones de alta resolución se pueden cifrar efectivamente en las películas de AgNP a través de un proceso de litografía y luego descifrarloscuando se expone a la humedad del aliento humano o de la punta de los dedos. Otras aplicaciones previsibles incluyen comunicación segura y monitoreo calorimétrico en tiempo real del entorno o de la salud ".
el equipo de Yin descubrió que las películas de AgNP sensibles a la humedad mostraron reversibilidad y repetibilidad en el cambio de color plasmónico durante más de 1,000 ciclos.
La investigación fue apoyada por una subvención a Yin de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Se unió a la investigación por Rashed Aleisa y Ji Feng de UC Riverside; y Luntao Liu, Yun Zhang, Yiqun Zheng y Wenshou Wang de la Universidad de Shandong, China.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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