Rengin nedeni
|
Örnek nanomalzeme
|
Girişim
(interferens):
Renk oluşumu, ışık dalgaları nanomalzemeyle temasındaki yapıcı girişime
dayanır
|
Kelebek
kanatları (fotonik kristaller)
Sıvı
kristaller
|
Saçılma:
Farklı boyutlardaki
partiküller farklı dalga boylarını saçar
|
Kolloidler
(süt)
|
Yüzey
plazmonlar: Metal
nanopartiküllere özgü bir etkidir; metal kolloidlerin canlı renklerini
oluşturur
|
Metal
kolloidler (nano-altın)
|
Kuantum
flüoresans
|
Yarıiletken
kuantum dotlar (QD)
|
Metal kolloidlerde renk (yüzey plasmonlar): Genel olarak metal nanopartiküllerin ayırt
edici özelliklerinden biri, bunların muadilleri olan kütle (bulk) benzerlerinden
farklı olan optik özellikleridir. Bunun nedeni lokalize yüzey plasmon rezonansıdır.
Basit bir ifadeyle, ışık metal bir yüzeye (herhangi bir boyutta) çarptığında,
ışık dalgasının bir kısmı metal yüzey boyunca bir yüzey plasmon neden olur;
yani, bir grup yüzey iletken elektronlar metal/dielektrik (veya matal/vakum)
arayüze paralel yönde yayılır. Geleneksel bulk bir metalde bir plasmon
oluştuğunda elektronlar malzemede serbestçe hareket edebilir ve hiçbir etki
kaydedilmez. Nanopartiküller söz konusu olduğunda, yüzey plasmon uzayda
lokalize olur ve küçük bir alanda senkronize bir şekilde ileri-geri salınır; bu
etki lokalize yüzey plasmon rezonansı (LSPR) olarak adlandırılır. Bu salınımın
frekansı, gelen ışığın frekansı ile aynı olduğunda, plazmon ışıkla rezonans
içindedir.
LSPR enerji,
malzemenin ve çevrenin dielektrik fonksiyonuna ve nanopartikülün şekline ve
boyutuna duyarlıdır. Yani, protein gibi bir ligandın metal nanopartikülün
yüzeyine yapışması durumunda, LSPR enerjisi değişir. Benzer şekilde, LSPR
etkisi, yüzey aktif maddele veya iyonların varlığıyla değiştirilebilen
nanopartiküller arasındaki mesafe gibi diğer varyasyonlara karşı da duyarlıdır.
LSPR etkisi sadece metal nanopartiküllerde değil, aynı zamanda nanorelerde,
metal filmlerde ve diğer nanoyapılarda da gözlenmiştir (Şekil-1).
Yarı iletken
nanokristallerde renk (kuantum noktaları): Nano boyutlu yarı iletkenler
nicel enerji durumlarına sahiptir; bu nedenle, iletim ve değerlik bantları
ayrılır ve ayrık hale gelir. Bu ayrık seviyeler arasında yük transferinedeniyle
sadece belirli boyuttaki dalga boyları absorbe edilir ve emisyon tek renklidir.
Kuantum sınırlaması bant boşluğunun enerjisinin artmasına neden olacağından malzemenin
bant boşluğu tarafından absorplanmasıiçin daha fazla enerjiye ihtiyaç olur.
Daha yüksek enerji daha kısa dalga boyu demektir (mavi kayma).
Aynı şey, nano
boyutlu malzemeden yayılan floresan ışığın dalga boyu için de geçerlidir, bu da
daha yüksek olacağından aynı mavi kayma gerçekleşir. Yarı iletken nanokristalin
boyutunun ayarlanmasyla, bant boşluğunun ve dolayısıyla kristal tarafından absorplanan/emitlenen
yayılan dalga boyu ayarlanabilir. Sonuç olarak, aynı malzeme (örneğin, CdSe),
boyutuna bağlı olarak farklı renkler yayar (Şekil 2).
Şekil-1: Çeşitli geometrilere sahip altın nanopartikül
kolloidlerinin transmisyon elektron mikrografları ve UV-Visible spektrumları:
(üst) küreler, (orta) decahedra ve (alt) çubuklar
Şekil-2: ZnS kaplı CdSe kuantum noktaların (QD) on adet UV lambası
ile uyarılan
on farklı emisyon rengi
