等离子激元复合纳米材料研究新进展,嵌段共聚
分类:科学技术

研究背景

材料科学家可以修改钙钛矿的卤化物成分和带隙,在整个可见光谱范围内形成明亮、可调的发射。钙钛矿纳米线具有独特的材料性能和高量子产率,在液晶显示背光、光谱分裂、偏振光探测器和光泵浦激光器等领域具有潜在应用前景。研究人员已经探索了几种平面和三维图形化方法,包括基于挤压的3d打印通过直接墨水书写,形成由纤维素纤维组成形状的结构,并排列在水凝胶基质。

另外当将复合材料分散在溶液中时,由于棒状粒子取向反映了外磁场方向,而其取向又可通过光学方法非常方便地检测出来,因而这种材料又可用于制备新型传感器来检测磁场方向。

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美国加州大学河滨分校的殷亚东教授课题组研制出了一种棒状的各向异性的核壳型复合纳米粒子,该材料以磁性纳米棒为核,外面包覆金壳作为等离子激元层,通过使用外部磁场操纵纳米粒子在溶液中的取向,实现了对其光学性质的快速的动态控制。

科学家们通过改变SIS浓度,形成了由纳米线组成的不同油墨,以发展直接墨水书写所需的剪切减薄行为和粘弹性响应。通过透射电镜和小角x射线散射测量,揭示了SIS嵌段共聚物丝的有序六边形微区,并揭示了打印的顺式cspbbr3纳米复合材料沿打印方向高度排列。这种模式方法允许可编程纳米线方向在印刷光学复合材料,以影响偏振和角发射。在直接墨水书写过程中,使用MatLab、Slic3r和CIMCO生成的g代码生成打印路径,并使用玻璃喷嘴在玻璃coverslips上形成纳米复合结构。

《Research》作为《Science》自1880年创建以来第一本合作期刊,通过《Science》的高影响力国际化传播平台和丰富的国际化高端学术资源,正在快速提高期刊的国际知名度和影响力,刊登内容主要集中在:人工智能与信息科学/生物学与生命科学/能源研究/环境科学/新兴材料研究/机械/科学与工程/微纳米科学/机器人与先进制造领域。

研究人员打算改进纳米线的合成和打印,以实现更高的显示应用效率,通过这种方式,证明了由钙钛矿纳米线填充嵌段共聚物基质组成的直接书写纳米复合墨水,可以在许多设计中对光电器件进行图案设计。对纳米线的组成和排列进行了编程,从而为信息存储、加密、机械光学传感和光学显示器等领域的应用创造了光学纳米复合材料。这项新发现将为利用软聚合物基质包裹的各向异性构件快速设计和制造功能器件提供一条途径。

作者通过对棒状结构长径比的控制,将等离子激发波长调制到肉眼不可见的近红外波段。在近红外光电耦合系统中,具有不同消光性质的纳米复合材料样品能够产生不同的电信号,从而实现了光电磁的耦合。当将不同取向的复合材料固定在聚合物膜中时,利用特别取向的线性偏振光源可读取出肉眼不可见的隐藏信息,因而该材料可以作为信息加密元件来实现防伪等功能。

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未来展望

展示了数字程序偏振各向异性在三维打印纳米复合材料中的应用,研究人员首先设计一个3-bit区域的灰度图像的像素(200 x 200µm)。利用这项技术,科学家们实现了先进的图形结构,作为光存储器,用于写入一次读取多次的数据存储设备。该打印结构可以通过打印多层结构,将不同的光学信息存储在每一层,从而实现加密存储器的安全加密。为了证明原理,将字母“L-I-G-H-T”打造成一个五层的装置,在这个装置中,从不同的高度观察每个字母。

2018年9月2日,美国加州大学河滨分校的殷亚东教授课题组研制出了一种棒状的各向异性的核壳型复合纳米粒子,以磁性纳米棒为核,外面包覆金壳作为等离子激元层,通过使用外部磁场操纵纳米粒子在溶液中的取向,实现了对其光学性质的快速的动态控制。这项研究以“用于信息加密及传感磁性/等离子激元复合纳米材料”(Anisotropically Shaped Magnetic/Plasmonic Nanocomposites for Information Encryption and Magnetic-Field-Direction Sensing)为题,发表在《Research》(Research. 2018, DOI: 10.1155/2018/7527825)上。

并使用多材料3d打印创建了可调谐的多路彩色显示器。虽然钙钛矿纳米线还不是最适合作为显示应用的材料,但这项研究强调了通过数字组装对纳米线的组成和对齐进行可编程控制的能力。在CIE (commission on lighting)色度图中展示了多路复用RGB阵列的可调光谱响应及其相应的颜色范围,展示了印刷显示器为实现颜色可调而提供的简单设计。与依赖于传统量子点彩色滤光片的液晶显示器不同,本研究中的印刷薄膜使用直接偏振光子降频器,也称为“有源”彩色滤光片。

原标题:磁性/等离子激元复合纳米材料研究新进展,或可用于信息加密及传感

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