黃金，在我們的生活中大多數(shù)是以首飾和貨幣的形式出現(xiàn)。在科技高度發(fā)達(dá)的今天，雖然僅僅10％左右的黃金被用在除此之外的各種技術(shù)領(lǐng)域，但它帶給我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懭匀皇蔷薮蟮?。例如，由于良好的?dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，黃金被大量應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。在未來，黃金還會(huì)通過一種許多人并不熟悉的形式來發(fā)揮更大的作用。那么這種新的形勢(shì)究竟是什么？它又會(huì)給我們帶來哪些影響呢？?

　　要想清楚的了解黃金納米粒子，我們先來看看什么是納米粒子。它是一個(gè)在材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速的概念，它一般指的是至少在一個(gè)維度上的尺寸在100納米或者更小的顆粒，比如一個(gè)直徑70納米的黃金小球就是典型的納米顆粒。要知道一納米僅僅是一米的十億分之一，這些粒子有多么小就不難想象了。一般而言，這么小尺度的粒子并不穩(wěn)定，它們?nèi)菀谆ハ嗑奂兊酶蟆２贿^，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了許多成熟的技術(shù)，能夠非常方便地得到形狀大小各異的許多不同材料的納米粒子并使得它們穩(wěn)定存在，特別是可以穩(wěn)定地分散在水或者其他溶劑中。?

　　在這樣異常微小的尺度上，許多物理、化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了奇妙的變化，而正是這些奇特的性質(zhì)讓納米粒子能夠?qū)崿F(xiàn)一些新的應(yīng)用。黃金納米粒子一個(gè)非常引人矚目的地方就是不同類型的黃金納米顆?？梢哉宫F(xiàn)出不同的顏色，這在宏觀世界里是很難想象的。例如一塊黃金固體，無論我們把它做成戒指還是拉伸成金箔，我們始終看到的是耀眼的金黃色。然而我們?nèi)绻阉兂杉{米顆粒分散在水或是其他溶劑里，我們看到的卻很可能是紅色或者藍(lán)色，這又是怎么回事呢？?

　　要知道，可見光包含了波長(zhǎng)在400－700納米范圍的電磁波。在這個(gè)范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)的電磁波會(huì)讓人感覺到不同的顏色，但當(dāng)他們均勻到達(dá)人的眼睛的時(shí)候，我們感覺到的是白色。我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降拇蟛糠肿陨矶疾荒馨l(fā)光，我們之所以感覺它們的顏色不同，是因?yàn)樗鼈兡軌蜻x擇性地吸收或者反射、散射可見光中某些特定波長(zhǎng)的光。也就是說，可見光經(jīng)過這些物體之后，只有一部分波長(zhǎng)的電磁波到達(dá)了我們的眼睛。比如，黃金固體能夠選擇性地反射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光特別是黃光，所以會(huì)呈現(xiàn)出金黃色。相比之下，銀、鋁等金屬的固體會(huì)均勻地反射各種波長(zhǎng)的可見光，所以我們看到的是銀白色。?

　　黃金納米粒子顏色的來源也是基于上面提及的原理，但是又有其獨(dú)特之處。當(dāng)可見光照射到黃金納米粒子表面時(shí)，某些特定波長(zhǎng)的光能夠誘發(fā)金屬的自由電子發(fā)生共振，這被稱為表面等離子共振效應(yīng)。這種效應(yīng)的結(jié)果是這種特定波長(zhǎng)的光被納米粒子強(qiáng)烈吸收，從而使得黃金納米粒子呈現(xiàn)出顏色，并且往往是不同于黃金固體的顏色。例如，直徑13納米的球形黃金納米粒子能夠強(qiáng)烈吸收綠光。當(dāng)我們把這樣的黃金納米粒子分散在水中時(shí)，我們看到的就不再是金黃色，而是鮮亮的紅色。?

　　納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)受到納米粒子的尺寸、形狀以及它們所在媒介的影響，當(dāng)許多納米粒子互相靠近的時(shí)候，它們之間的互相作用也會(huì)使得顏色發(fā)生變化。這樣，我們可以非常方便地調(diào)節(jié)黃金納米粒子的顏色。例如某種黃金納米粒子分散在檸檬酸水溶液里時(shí)會(huì)呈現(xiàn)紅色，而只要我們向水中再加入氯化鈉，溶液就會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。需要說明的是，其他一些金屬的納米粒子也會(huì)由于表面等離子共振效應(yīng)展現(xiàn)出不同的顏色，但黃金納米粒子由于其簡(jiǎn)便的制備和化學(xué)修飾以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性更加受到科學(xué)家的青睞。另外，納米粒子還可以選擇性地散射某些波長(zhǎng)的光，也就是讓某些波長(zhǎng)的光更加強(qiáng)烈地偏離原來的傳播方向，這也會(huì)導(dǎo)致它們呈現(xiàn)出不同的顏色。尤其是當(dāng)納米粒子既能選擇性吸收又能選擇性散射某些波長(zhǎng)的光時(shí)，觀察者在不同角度可能會(huì)看到不同的顏色。?

　　那么，這種顏色能夠隨意變化的黃金納米粒子能夠幫我們做什么呢？有的人可能會(huì)說，可以做染料。這確實(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的想法。我們目前使用的染料大都是一些具有特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物。為了得到不同的顏色，我們必須合成不同的化合物，這在許多情況下是比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。而對(duì)于黃金納米粒子，情況就不同了，我們可以通過改變它們的形狀或者尺寸更加方便地得到想要的顏色。實(shí)際上很早以前人們就已經(jīng)懂得利用黃金或其他金屬的納米粒子來得到特殊的顏色了。例如，生產(chǎn)于公元4世紀(jì)的古羅馬的一個(gè)名叫“萊克格斯”的玻璃杯由于玻璃中摻入了黃金和白銀的納米粒子而具有獨(dú)特的顏色：光從外面照射時(shí)，玻璃杯呈現(xiàn)綠色；當(dāng)光從玻璃杯里面向外照射時(shí)，杯子又變成紅色了。?

　　不過，僅僅拿黃金納米粒子當(dāng)染料或者顏料用未免有點(diǎn)大材小用了，它們選擇性吸收某些特定波長(zhǎng)的光這個(gè)特點(diǎn)還可以幫助我們實(shí)現(xiàn)許多更重要的功能。比如，科學(xué)家們正在研究利用黃金納米粒子以及其他類似的金屬納米粒子來提高太陽能電池的效率。太陽能是一種重要的清潔可再生能源。常見的太陽能電池利用硅這種半導(dǎo)體材料將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這類電池的能力轉(zhuǎn)化效率還算可以，但是有一大局限是這類太陽能電池使用的晶體硅生產(chǎn)成本較高，而且笨重易碎，在很多場(chǎng)合的應(yīng)用受到局限。使用半導(dǎo)體或者高分子材料的薄膜代替晶體硅能顯著降低生產(chǎn)成本，而且這些類型的太陽能電池比較柔軟，可以應(yīng)用在更多場(chǎng)合，比如我們可以把這樣的太陽能電池縫在衣服上或者書包上。但是這些新型的薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率往往遠(yuǎn)低于基于晶體硅的太陽能電池，一個(gè)主要原因就是過薄的電池對(duì)日光的吸收大大降低。由于黃金納米粒子能夠強(qiáng)烈吸收某些波長(zhǎng)的可見光，它們加入到太陽能電池之后有可能通過增加對(duì)日光的吸收來提高太陽能轉(zhuǎn)化的效率。有報(bào)道表明，黃金納米粒子能夠?qū)⒈∧ぬ柲茈姵氐哪芰哭D(zhuǎn)化效率由5.22％提高到6.24%。這個(gè)數(shù)字看起來微不足道，卻已經(jīng)是一個(gè)非常不錯(cuò)的成績(jī)。?

　　前面提到，黃金納米粒子的顏色不僅取決與自身的形狀和尺寸，對(duì)外界環(huán)境的變化以及粒子之間的相互作用也非常敏感。利用這一特點(diǎn)，我們可以更加迅速而便捷地檢測(cè)某些化學(xué)物質(zhì)的存在，特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這種檢測(cè)方法非常有用。依靠目前的生化檢測(cè)方法，我們往往要花上幾天時(shí)間才能檢測(cè)出某些致病細(xì)菌的存在，而有了黃金納米粒子，這個(gè)進(jìn)程可以大大地加快。我們可以在黃金納米粒子表面連接上一些特定的DNA或者RNA片斷，這些DNA或是RNA片斷能選擇性與另一些DNA或是RNA片斷發(fā)生作用。這種作用能導(dǎo)致黃金納米粒子之間發(fā)生聚集從而顏色發(fā)生變化。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方式相比，通過黃金納米顆粒來檢測(cè)能夠大大縮短檢測(cè)時(shí)間。?

　　黃金納米粒子還可以用作高效的催化劑。把一根金條暴露在空氣中或者浸在水下很長(zhǎng)時(shí)間，它也不會(huì)銹蝕，黃金的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。然而當(dāng)我們把它的尺寸縮小到幾十甚至幾個(gè)納米時(shí)，這些黃金納米粒子卻可以變得非?；顫姡軒椭覀兺瓿珊芏嗷瘜W(xué)反應(yīng)。例如，黃金納米粒子催化劑可以高效地把一氧化碳轉(zhuǎn)變成二氧化碳。這種催化劑已經(jīng)被安裝在一些賽車上，防止駕駛員遭受一氧化碳中毒。?

　　黃金納米粒子的種種獨(dú)特的應(yīng)用使得黃金這種伴隨了人類上千年的貴重金屬在21世紀(jì)散發(fā)出更加耀眼的光芒。當(dāng)我們享受著科技的進(jìn)步給我們帶來的舒適生活的時(shí)候，千萬不要忘記這里面也有黃金的一份功勞。?

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