Faszination Nanowelten Faszination Nanowelten

Rezept:
2,5 ml von (a) in 240 ml H2O bidest. Bei 100°C; während
des Rührens so schnell wie möglich 7,5 ml von
(b) hinzugeben. Es entstehen Goldkolloide mit der
typischen Größe von ca. 15 nm Durchmesser.
Tanninemethode für Silbercluster
(Lit.: Garbowski)
Man benötigt:
a) Lösung: Ag-NO3 (0,1 normal)
b) Lösung: Tannine (1 g in 1l H2O)
c) Lösung: Na2CO3 (0,01 normal)
Rezept:
45 ml von (a) in 220 ml H2O bidest., 1 ml von (b)
hinzugeben, auf 80°C erhitzen, langsam 2 ml von (c),
abwarten und beobachten. Es entstehen Silberkolloide
mit einem Durchmesser von 6 nm.
Eine im Bereich Schule praktikable Charakterisierungsmethode
ist die lineare optische Spektroskopie
(Lichtrefl exion und -transmission, Extinktion). Der
überraschende Effekt ist jedoch schon mit dem bloßen
Auge zu erkennen!
Abb. 1: Edelmetallcluster in wässriger Lösung
(Abb.: Liz-Marzán)
Warum wird eine Silberkolloid-Lösung goldgelb und
die Goldkolloid-Lösung weinrot?
Nimmt man einen dünnen Silberfi lm zum Vergleich,
so verfügt dieser über ein relativ kontinuierliches
wellenlängenabhängiges Absorptionsspektrum bis in
den Bereich bei ca. 320 nm. Genau dort befi ndet sich
die Interbandabsorptionskante der freien Leitungselektronen,
welche für die Farbe von Silber (Kupfer
und Gold) verantwortlich ist.
Das optische Spektrum der Edelmetallkolloide ist
ebenfalls kontinuierlich im Bereich unterhalb der
Interbandkante. Die Interbandübergänge im Cluster
und Film sind sich sehr ähnlich.
Oberhalb von 320 nm – im Bereich der freien Leitungselektronen
– besteht jedoch ein deutlicher
Unterschied zum Silberfi lm. Eine Volumenplasmonresonanz
ist als relativ scharfer Peak zu erkennen. Das
einfallende elektrische Feld regt die freien Leitungselektronen
im Cluster zu einer Resonanz an (siehe
kleine Skizze in Abb. 2). Die unterschiedliche Anordnung
der Silberatome hat einen deutlichen Effekt auf
Lichstreuung, -absorption und -refl exion.
Im Fall des Silberfi lms befi nden sich die freien Leitungselektronen,
die für Silber eine wichtige Rolle im
sichtbaren Spektrum spielen, in einem „unendlich
dicken“ Silberfi lm. Streuungen an der Oberfl äche
können vernachlässigt werden. Im Fall des Silberclusters,
der bei der hier vorgestellten Herstellung aus
einigen 10.000 Atomen besteht, streuen die Leitungselektronen
an der im Verhältnis zum Volumen großen
Oberfl äche. Im sichtbaren optischen Spektrum
entsteht eine schmale Absorption und damit tritt der
überraschende Farbeffekt auf.
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