Imagínese si el vapor de agua en su respiración o alrededor de las yemas de sus dedos revelara patrones invisibles en productos comerciales:teléfonos inteligentes, laptops, licor caro, que verificó la autenticidad de los productos y ayudó a los esfuerzos contra la falsificación.

Imagina, también, si es rapido, estable, y el cambio de color reversible podría desarrollarse fácilmente en sólidos, abriendo aplicaciones prometedoras en pantallas a color, señalización sensores, y cifrado de información.

Un equipo dirigido por un químico de la Universidad de California, Orilla, ha acercado esta fantasía a la realidad al fabricar por primera vez películas "plasmónicas" de nanopartículas de plata de color conmutable, o AgNPs. Hasta ahora, tal cambio de color de nanopartículas se logró principalmente en líquidos, limitando su potencial para aplicaciones prácticas.

"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, un profesor de química, quien dirigió el equipo de investigación. "Nuestro nuevo trabajo lleva las nanopartículas de metal plasmónico a la vanguardia de las aplicaciones de conversión de color".

Los resultados del estudio aparecen en Edición internacional Angewandte Chemie . El artículo de investigación ha sido designado como artículo VIP por la revista.

Plasmónica

Nanopartículas de metales plasmónicos, como el oro y la plata, tienen propiedades ópticas especiales porque absorben y dispersan la luz de manera eficiente en longitudes de onda particulares. Sus colores se pueden alterar cambiando la distancia entre sus partículas individuales, una característica que el equipo de investigación de Yin aprovechó para desarrollar su película plasmónica de cambio de color.

Los investigadores recubrieron 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 distancia entre los AgNP. Sin el tampón 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, resultando 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 unas de otras. Las nanopartículas, que son rosas, adquirir nuevas distancias entre partículas, haciendo que reflejen un color diferente:amarillo.

Cuando se elimina la humedad, el ácido bórico se convierte nuevamente en bórax al capturar iones hidroxilo, iniciando una protonación del grupo químico del ligando. Esto provoca una reducción de las cargas superficiales en el ligando, debilitando las fuerzas de repulsión entre los AgNP y haciendo que se acerquen entre sí y se agreguen. Con las distancias entre partículas ahora reducidas, el color de la película AgNP cambia de amarillo a rosa, demostrando total reversibilidad.

"A través de este mecanismo, pudimos lograr rápidamente un cambio de color plasmónico de la película de AgNP en presencia o ausencia de humedad, "Yin dijo." En nuestros experimentos, expusimos la película de AgNP a una humedad del 80% de humedad relativa y descubrimos que la película cambiaba de color de rosa a rojo, naranja, y finalmente amarillo ".

Por las yemas 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 yema de un dedo.

"Esto permite una cómoda rápido, y método sin contacto que se puede utilizar en el cifrado de información y la autenticación de productos, "Yin dijo." Varios patrones de alta resolución se pueden cifrar eficazmente en las películas de AgNP a través de un proceso de litografía y luego descifrar cuando se exponen a la humedad en el aliento humano o de las yemas de los dedos. Otras aplicaciones previsibles incluyen la comunicación segura y el entorno calorimétrico en tiempo real o la monitorización de la salud ".

El equipo de Yin descubrió que las películas de AgNP sensibles a la humedad mostraban reversibilidad y repetibilidad en el cambio de color plasmónico durante más de 1, 000 ciclos.