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德国科学家开发具有可控光学性质的新型纳米材料

2017-03-13 342浏览 标签: 纳米

2017年3月9日,德国亥姆霍兹国家研究中心联合会(以下简称:亥姆霍兹联合会)通过官网发布消息称,由德国汉堡工业大学(以下简称:TUHH)与亥姆霍兹盖斯特哈赫特(HZG)海岸带研究所的科学家们,开发出一种基于多孔纳米金的新型光学纳米材料,在光传输过程中通过施加电压,可产生高达30%的变化。这种变化是惊人的,因为这种纳米材料层厚度仅为200 nm左右。相关研究成果发表至当天的“自然(Nature)”杂志上,论文题目:Electrochemical tuning of the optical properties of nanoporous gold。

虽然这种新型光学纳米材料是由金属金构成,但是它并不像正常的金属材料那样反射光。纳米级多孔结构产生所谓的等离子体光学超材料,其在光谱的可见光部分表现为吸收性非金属材料性质,仅在近红外光部分显示其典型的金属性质。新型光学纳米材料在哪些波长范围内保持吸收和反射的性质,可以通过该材料孔隙的密度来设置。


图 多孔纳米金材料的电子显微镜照片

(来源于亥姆霍兹联合会新闻,原始来源于TUHH)


如上图所示,这种多孔纳米金材料由纳米金线和孔隙结构空腔组成,孔隙率高达85%。TUHH科学家用一种水基电解质填充材料,将外部施加的电压与多孔纳米金材料连接起来。通常情况下材料的电子密度以及金属的光学性质几乎不能通过施加电压而改变。然而,多孔纳米金材料的巨大内表面通过将电压升高和降低仅约1 V就能使得互连金属线中的电子密度变化高达8%,这允许了光传输可逆地改变,并且在宽带上改变多达30%(见下图)。



图 当施加大约1V范围内电压变化时,发生了高达百分之三十的光传输的带宽变化(淡蓝色曲线:-0.9 V,中蓝色曲线:-0.5V,深蓝色曲线:0.5V,黑色曲线:0.9V

(来源于亥姆霍兹联合会新闻,原始来源于TUHH

新开发的多孔纳米金材料用于吸收太阳光分解水制备氧气和氢气具有很大的潜力。这种在没有额外能源供应的情况下产生的氢,作为一种零排放的可再生燃料,是工业化社会能量转换的有力途径。

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