Imaginez si la vapeur d'eau dans votre respiration ou autour de vos doigts révélait des motifs invisibles sur des produits commerciaux (smartphones, ordinateurs portables, alcool cher - qui a vérifié l'authenticité des produits et a aidé les efforts de lutte contre la contrefaçon.

Imaginer, trop, si rapide, stable, et la commutation de couleur réversible pourrait être facilement développée dans les solides, ouvrir des applications prometteuses dans les écrans couleur, signalisation, capteurs, et le cryptage des informations.

Une équipe dirigée par un chimiste de l'Université de Californie, Bord de rivière, a rapproché ce fantasme de la réalité en fabriquant pour la première fois des films "plasmoniques" à couleurs commutables de nanoparticules d'argent, ou AgNPs. Jusqu'à maintenant, un tel changement de couleur des nanoparticules a été principalement réalisé dans les liquides, limitant leur potentiel d'applications pratiques.

"Réglage rapide et réversible de la couleur plasmonique dans les films solides, un défi jusqu'à maintenant, est très prometteur pour un certain nombre d'applications, " dit Yadong Yin, professeur de chimie, qui a dirigé l'équipe de recherche. "Notre nouveau travail place les nanoparticules métalliques plasmoniques au premier plan des applications de conversion de couleur."

Les résultats de l'étude apparaissent dans Angewandte Chemie Édition Internationale . L'article de recherche a été désigné article VIP par la revue.

Plasmonique

Nanoparticules métalliques plasmoniques, comme l'or et l'argent, ont des propriétés optiques spéciales car ils absorbent et diffusent efficacement la lumière à des longueurs d'onde particulières. Leurs couleurs peuvent être modifiées en modifiant la distance entre leurs particules individuelles, une caractéristique dont l'équipe de recherche de Yin a profité pour développer leur film plasmonique à changement de couleur.

Les chercheurs ont recouvert un substrat de verre d'une couche de borate de sodium, ou du borax. Ensuite, ils ont pulvérisé des AgNPs sur le borax pour former un film. Yin a expliqué que chaque AgNP a des ligands coiffants sur sa surface qui introduisent une distance entre les AgNP. Sans le tampon apporté par les ligands, les nanoparticules s'agglutineraient.

Leçon de chimie

En présence d'eau ou d'humidité, le borax se transforme en acide borique et libère des ions hydroxyle. Ces ions "déprotonent" un groupement chimique des ligands, entraînant la perte d'un proton et l'ajout d'une charge négative sur les AgNPs. Les forces de répulsion éloignent les nanoparticules chargées négativement les unes des autres. Les nanoparticules, qui sont roses, acquérir de nouvelles distances interparticulaires, les faisant refléter une couleur différente :jaune.

Lorsque l'humidité est éliminée, l'acide borique se reconvertit en borax en capturant les ions hydroxyle, initier une protonation du groupe chimique du ligand. Cela provoque une réduction des charges de surface sur le ligand, affaiblissant les forces de répulsion entre les AgNPs et les obligeant à se rapprocher et à s'agréger. Avec des distances interparticulaires désormais réduites, la couleur du film AgNP repasse du jaune au rose, démontrant une réversibilité totale.

« Grâce à ce mécanisme, nous pourrions rapidement obtenir une commutation de couleur plasmonique du film AgNP en présence ou en l'absence d'humidité, " dit Yin. " Dans nos expériences, nous avons exposé le film AgNP à une humidité de 80% d'humidité relative et avons trouvé que le film changeait de couleur du rose au rouge, Orange, et enfin jaune."

Du bout des doigts

En utilisant l'humidité relative autour des doigts humains (jusqu'à 100 %), l'équipe de Yin a découvert que les films AgNP peuvent changer de couleur en réponse à la proximité d'un doigt.

"Cela permet une pratique, rapide, et méthode sans contact pouvant être utilisée dans le cryptage des informations et l'authentification des produits, " a déclaré Yin. " Divers motifs à haute résolution peuvent être efficacement chiffrés dans les films AgNP grâce à un processus de lithographie, puis déchiffrés lorsqu'ils sont exposés à l'humidité de l'haleine humaine ou du bout des doigts. D'autres applications prévisibles incluent la communication sécurisée et l'environnement calorimétrique en temps réel ou la surveillance de la santé. »

L'équipe de Yin a découvert que les films AgNP sensibles à l'humidité présentaient une réversibilité et une répétabilité dans la commutation de couleur plasmonique pendant plus de 1, 000 cycles.