Elektronen-Schaukel
Den erwähnten Goldpurpur kann man sich am ehesten als eine Emulsion winziger homogener Goldtröpfchen vorstellen, die zwischen 2 und 100 Nanometern groß sind. Jedes dieser Tröpfchen oder Partikel besteht dabei aus trägen Goldatomrümpfen und den beweglichen Elektronen. Anders als bei ‘makroskopischen’ Metallen sind diese Elektronen durch ihren Heim-Partikel räumlich stark begrenzt und können nicht einfach abfließen, wenn ein äußeres Feld angelegt wird. Die Partikel sind sehr klein, sodass sie auch auf kleine elektromagnetische Felder, wie sichtbares Licht, reagieren.
Abhängig von der Größe des Partikels und der elementabhängien Bindung der Leitungselektronen zu den Atomrümpfen bringt eine bestimmte Wellenlänge die Elektronenwolke zum Schwingen (“Plasmon”), da sie versuchen der Feldänderung zu folgen.
Man stelle sich eine Schaukel vor, die nur bei richtig getaktetem Anschwung ordentlich mitschwingt.
Im Material werden nun alle Partikel zum Schwingen angeregt und sind in Resonanz. Die benötigte Energie hierfür wird entsprechend aus der Resonanzwelle absorbiert – man erkennt dies als Änderung der Farbe.
[Anregung der Plasmonen durch Licht.]
Dieser Farbeffekt gilt natürlich nicht nur für Gold, sondern für alle Metallnanopartikel mit Elektronenwolken. Und das Schöne an dieser Farbe ist, dass solange die Partikel erhalten bleiben (z.B. eingeschmolzen im Kirchenglas), sie auch ihre Farbqualität erhalten.
Formwandler
Nicht nur die Größe, sondern auch die Form spielt eine Rolle: hierzu ist erst kürzlich wieder eine Arbeit publiziert worden, die die Auswirkung der Form der Partikel – in diesem Fall mit Silber – zeigt.
Haifa 2013, One pot synthesis of multi-plasmonic shapes of silver nanoparticles, Materials Letters, Volume 105, 62–64
Auch wenn die damaligen Alchimisten die Zusammenhänge noch nicht ganz durchblickt haben,
ist das Resultat doch sehr ansehlich. Historisches High Tech trifft es ganz gut, oder?
Kommentare (7)