La última investigación en nanofotónica de la Universidad de Rice podría ampliar la paleta de colores para las empresas en el mercado de rápido crecimiento de ventanas de vidrio que cambian de color con solo pulsar un interruptor eléctrico.
en un nuevo artículo en la revista American Chemical Society ACS Nano , los investigadores del laboratorio de la pionera de plasmónica de arroz, Naomi Halas, informan que utilizan una molécula de hidrocarburo económica y fácilmente disponible llamada perileno para crear vidrio que puede convertir dos colores diferentes a bajos voltajes.
"Cuando aplicamos cargas a las moléculas o las eliminamos, pasan de un color claro a uno vívido", dijo Halas, director del Laboratorio de Nanofotónica LANP, científico principal del nuevo estudio y director de Rice's.Instituto Smalley-Curl. "" Intercalamos estas moléculas entre el vidrio y podemos hacer algo que se parece a una ventana, pero la ventana cambia a diferentes tipos de color dependiendo de cómo apliquemos un voltaje muy bajo ".
Adam Lauchner, un estudiante graduado de física aplicada en Rice y coautor del estudio, dijo que el vidrio de cambio de color de LANP tiene colores dependientes de la polaridad, lo que significa que un voltaje positivo produce un color y un voltaje negativo produce un color diferente.
"Eso es bastante novedoso", dijo Lauchner. "La mayoría de los vidrios que cambian de color tienen solo un color, y las variedades multicolores que conocemos requieren un voltaje significativo".
El vidrio que cambia de color con un voltaje aplicado se conoce como "electrocrómico", y existe una creciente demanda de las propiedades de bloqueo de luz y calor de dicho vidrio. El mercado anual proyectado para vidrio electrocrómico en 2020 se estima en más de $ 2.5mil millones
Lauchner dijo que el proyecto de vidrio tardó casi dos años en completarse, y le dio crédito al coautor Grant Stec, investigador universitario de Rice, por diseñar el gel conductivo no acuoso que contiene perileno que se intercala entre las capas de vidrio.
"El perileno es parte de una familia de moléculas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos", dijo Stec. "Son un subproducto bastante común de la industria petroquímica, y en su mayor parte son subproductos de bajo valor, lo que significa que 're barato "
Hay docenas de hidrocarburos aromáticos policíclicos HAP, pero cada uno contiene anillos de átomos de carbono que están decorados con átomos de hidrógeno. En muchos HAP, los anillos de carbono tienen seis lados, al igual que los anillos de grafeno, el tema muy famoso dePremio Nobel de Física 2010.
"Esta es una aplicación realmente genial de lo que comenzó como ciencia fundamental en plasmónicos", dijo Lauchner.
Un plasmón es una onda de energía, un chapoteo rítmico en el mar de electrones que fluyen constantemente a través de la superficie de las nanopartículas conductoras. Dependiendo de la frecuencia del chapoteo de un plasmón, puede interactuar y cosechar la energía de la luz que pasa. En docenasEn estudios realizados en las últimas dos décadas, Halas, el físico de Rice Peter Nordlander y sus colegas han explorado tanto la física básica de los plasmones como las aplicaciones potenciales tan diversas como el tratamiento del cáncer, la recolección de energía solar, las pantallas electrónicas y la computación óptica.
La nanopartícula plasmónica por excelencia es metálica, a menudo hecha de oro o plata, y de forma precisa. Por ejemplo, las nanocapas de oro, que Halas inventó en Rice en la década de 1990, consisten en un núcleo no conductor que está cubierto por una fina capa de oro.
"Nuestro grupo estudia muchos tipos de nanopartículas metálicas, pero el grafeno también es conductor, y hemos explorado sus propiedades plasmónicas durante varios años", dijo Halas.
Señaló que se ha encontrado que grandes láminas de grafeno atómicamente delgado soportan plasmones, pero emiten luz infrarroja que es invisible para el ojo humano.
"Los estudios han demostrado que si el grafeno se hace cada vez más pequeño, a medida que desciendes a los nanoribones, los nanodots y estas pequeñas cosas llamadas nanoislands, en realidad puedes acercar el plasmón del grafeno al borde del régimen visible", dijo Lauchner.
En 2013, el entonces físico de Rice Alejandro Manjavacas, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Nordlander, demostró que las versiones más pequeñas de grafeno, HAP con solo unos pocos anillos de carbono, deberían producir plasmones visibles. Además, Manjavacas calculó los colores exactos quesería emitido por diferentes tipos de HAP.
"Una de las cosas más interesantes fue que, a diferencia de los plasmones en metales, los plasmones en estas moléculas de PAH eran muy sensibles a la carga, lo que sugería que una carga eléctrica muy pequeña produciría colores dramáticos", dijo Halas.
Lauchner dijo que el proyecto realmente despegó después de que Stec se uniera al equipo de investigación en 2015 y creara una formulación de perileno que podría intercalarse entre láminas de vidrio conductor.
En sus experimentos, los investigadores descubrieron que la aplicación de solo 4 voltios era suficiente para convertir la ventana transparente en amarillo verdoso y la aplicación de 3,5 voltios negativos la volvió azul. Las ventanas tardaron varios minutos en cambiar completamente de color, pero Halas dijo que la transiciónel tiempo podría mejorarse fácilmente con ingeniería adicional.
Stec dijo que la otra ventana del equipo, que pasa de transparente a negra, se produjo más adelante en el proyecto.
"El Dr. Halas se enteró de que uno de los principales obstáculos en la industria de dispositivos electrocrómicos era hacer una ventana que pudiera ser clara en un estado y completamente negra en otro", dijo Stec. "Nos propusimos hacer eso y encontramos una combinaciónde HAP que no capturaron luz visible a cero voltios y casi toda la luz visible a bajo voltaje "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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