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Sonntag, 23.07.2017
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Flüssigkeit als Chamäleon

Nano-Partikel ändern ihre Farbe abhängig von der Magnetfeldstärke

Eine Flüssigkeit, die auf Knopfdruck ihr Aussehen ändert, und ganz nach Wunsch jede Regenbogenfarbe annehmen kann – unmöglich? Keineswegs: Ein Forscherteam von der University of California hat jetzt ein solch wundersames "Gebräu" entwickelt. Nanoskopische Partikel aus magnetischen Kriställchen, beschichtet mit einer Kunststoffhülle, organisieren sich dabei in der Lösung zu so genannten photonischen Kristallen - einer Art Halbleiter für Licht.
Nanotechnologie

Nanotechnologie

Wird ein Magnetfeld angelegt, ändern sich die optischen Eigenschaften der Kristalle, ihre Farbe lässt sich über die Stärke des Feldes sehr präzise justieren, so die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Bei den Kristallen handelt es sich nicht um "konventionelle" Kristallgitter aus Ionen oder Molekülen, wie wir sie zum Beispiel als Salzkristalle kennen, sondern um kolloidale Kristalle, periodische Strukturen, die sich von selbst aus gleichgroßen, feinst in einer Flüssigkeit verteilten Feststoffpartikeln aufbauen. Kolloidale Kristalle lassen sich zu geringen Kosten und in großem Maßstab herstellen - und können als photonische Kristalle genutzt werden.

Photonische Kristalle


Photonische Kristalle sind das optische Analogon zu elektronischen Halbleitermaterialien. Analog zu ihren elektronischen Pendants haben sie photonische Bandlücken, Bereiche verbotener Energien, also Wellenlängen, für die der photonische Kristall undurchlässig ist. Diese optische Eigenschaften hängen von den räumlichen Verhältnissen im Kristall ab.


Von größtem Interesse sind, so die Wissenschaftler, photonische Kristalle, deren verbotene Bänder variabel sind und sich als Antwort auf einen äußeren Reiz rasch und präzise einstellen lassen. Diese Forderungen waren bisher kaum zu erfüllen.

Ein solcher Reiz kann beispielsweise ein Magnetfeld sein, wenn die Kristalle aus magnetischen Materialien bestehen, etwa Eisenoxid. Das Problem dabei: Die Magnetisierung bleibt erhalten, sobald die Partikel zu größeren Domänen anwachsen (Ferromagnetismus). Yin und sein Team fanden eine Lösung: Sie beschichten nanoskopische Eisenoxid-Partikel mit dem Kunststoff Polyacrylat. So entstehen separate Nanokristallcluster, die sich in Lösung zu kolloidalen photonischen Kristallen organisieren. Die Kräfte des Magnetfelds wirken auf jeden einzelnen Cluster und verändern dabei die Abstände zwischen den Clustern im Kristallgitter.

Viele Anwendungsmöglichkeiten


In Abhängigkeit vom Abstand vom Magneten und damit von der Feldstärke ändert sich die Farbe der Kolloidkristalle quer durch alle Regenbogenfarben. Die Antwort ist sehr schnell und völlig reversibel, da die Nanokristalle innerhalb der Cluster so klein sind, dass sie ihre Magnetisierung nach Abschalten des Magnetfelds wieder verlieren (Superparamagnetismus).

Potenzielle Anwendungsfelder für diese schaltbaren "optischen Halbleiter" sind nach Angaben der Forscher neuartige optoelektronische Bauteile für die Telekommunikation, Displays und Sensoren.
(idw - Gesellschaft Deutscher Chemiker, 17.07.2007 - DLO)
 
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