研究人员开发出了第一个方法使用金属纳米颗粒来做出可逆的颜色变化。

一个新的制造金属纳米颗粒之间吊桥的方式能让电子制造者建造与中世纪工匠制造红色彩色玻璃所使用的金材料相似的光分散纳米颗粒材料。

 “当我们轻敲玻璃上的开关时，彩色玻璃窗就能够改变颜色，能制造出这样的玻璃难道不是很有趣的吗。”莱斯大学化学准教授Christy Lands说到。他同时也是新的“吊桥”研究的领导者，这个新的研究成果已经在开放杂志高端科学发表了。

 Lands和其他在莱斯大学Smalley-Curl中心的专家们的研究能让工程师使用常规的电气开关科技去建造使用能使光分散颜色的纳米颗粒的彩色显示装置。

 许多世纪以来，彩色玻璃的制造者轻拍有着光分散性质的极小金纳米颗粒去制造红色基调的玻璃。相似类型材料能够在当代电子材料中增加作用。制造者能够制造更小的，更快的和能量有效的组成部分来在光谱频率下工作。

 “尽管金属纳米颗粒能够分散亮光，研究者发现诱导它们去制造很多不同颜色是十分困难的。”Lands说到。

 莱斯大学新的对于颜色转化的吊桥研究方式包含着能够吸收光能量的金属纳米颗粒，并且将其转化为等离子体，它们是像流体一样在颗粒表面流动的电子波。每一个等离子体能够分散和吸收特定的光频率，并且即使等离子体极小的类波摇动也能转移这个频率。等离子体的频率变化越大，观察到的颜色的变化就越大。

   “工程师需要借助能改变颜色的光活泼纳米颗粒来制造显示器，”Lands说到。“这种类型的转化已经被证明是使用纳米颗粒非常难得到的。人们取得的相对成功是使用不同的等离子连接方式，在颗粒组装中。但是我们的方法是与等离子连接机理不同的。我们运用这种方式能够制造出快速和可逆的光改变方式。”

  去展示这个方法，Lands和她实验室的一名学生Chad Byers（文章一作）在玻璃表面与智能手机显示屏相同的导体氧化铟钛（ITO）上固定了一些金纳米颗粒。通过密封这些颗粒在有着盐水电解质和银电极的腔中，Byers和Lands能够制造有着完整电流的器件。然后他们在ITO上施加一个小的电压在金颗粒的表面来电镀银。然后在施加一个反向电压，研究人员制造了一个电导银“吊桥”，反向电压使桥收回。

  “这些化学桥的巨大作用是我们能制造和消除他们，通过施加一个反向电压，” Lands 说到，“这是第一个能够制造大量和反向颜色变化的器件，并且这些器件是由光活性纳米颗粒制造的。

 Byers说到他对于金的等离子体表现的研究始于两年以前。

 “我们正在追求能够为单个颗粒的光学特色制造明显改变的观点，仅仅是简单的调整电荷的密度，”他说到。“理论预测，颜色可以通过增加或移除电子来改变，因此我们想反过来想，打开或关闭电压能否改变颜色。”

 这个实验成功了。这个颜色的转移已经成功发生，而且能够反过来，但是这个颜色改变非常小。

 “这并不能让研究可切换显示应用的人员感到兴奋。”Lands 说到。

 但是她和Byers发现他们的结果和理论预测有着不同。

 Lands说这是因为他们的预测是以不易于氧化的金属作为惰性电极来预测的。但是银不属于惰性金属。它在空气和水中容易与氧气发生反应形成不雅观的氧化银膜。这个氧化层也可以由氯化银形成。Lands说当Byers以一个实验使用银相反电极时发生的。

“现在去炫耀我们的成果是不完美的，但是这要比舍弃它强，因此我们决定把它当成一个优势。”Landes说到。

Rice大学等离子体的先驱，Smalley-Curl中心的主任Naomi Halas认为这个新的研究展示了如何运用等离子体去制造可转换电子颜色显示。

 “金颗粒对于显示器来说是十分吸引人的。”莱斯大学电气以及计算机工程教授，化学，生物工程，物理，天文学，材料科学以及纳米工程教授Halas说到。“根据他们的形状，他们可以显示一系列特定的颜色。它们同时也十分稳定。尽管成本较高，我们也只需少量的金就可以制造特别亮的颜色。

在设计，检测和分析一系列的实验，Lands和Byers借鉴了Halas，物理学家和工程师Peter Nordiander、化学家Stephan Link、材料学家Emilie Ringe和他的学生，以及墨尔本大学教授Paul Mulvaney的观点。

同时，他们确认了这个二聚体的组成和空间大小，同时也展示了金属吊桥可以被用作改变大量颜色的工具，当有大量的电压相加时。

这个组的两个理论学家Nordlander和Hui Zhang测试了这个器件等离子体的连接。“当等离子体的距离够近时，相互作用产生跳动。实际上，等离子二聚体可以被认为是光激发电容器，之前的研究证实用纳米线相连接的二聚体引出了一种可称作“电荷转移的等离子体”的新型共振方式。它有着自己独特的光学特点。

Halas说这种方法给等离子体的研究人员提供了一个珍贵的工具去准确控制二聚体和其他多颗粒等离子配置的间距。

 “在应用方面，间距的控制对于发展灵活的等离子器件是重要的，但同时，对于正在告诉发展的量子等离子体领域来说，它对于研究这个方面的基础科学家也是十分重要的。

其他的作者包括来自莱斯大学的Dayne Swearer, Mustafa Yorulmaz, Benjamin Hoener, Da Huang, AnneliHoggard和 Wei-Shun Chang。

这个研究是由美国国家科学基金委、Welch基金委、美国化学协会、Air Force科学研究办公室以及Smalley-Curl中心支持的。

本文是根据莱斯大学提供的材料编辑的。

新材料在线编译整理——翻译：王昊天     校正：摩天轮