化学者は19世紀半ばにカラー写真を考え出しました

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Anonim
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共鳴プラズモンモードのエネルギーでの電子による特徴的なエネルギー損失の分光法マップ

19世紀半ばの写真の色は、銀ナノ粒子と塩化銀の分布に起因していました。化学者はアレクサンドル・ベクレルの方法を再現し、写真の色の他の理由を否定しました:着色された化合物の存在または銀ナノ粒子の干渉する周期的な上部構造。この記事は、ジャーナルAngewandteChemieに掲載されました。

1848年にAlexanderBecquerelによって初めてカラー写真を取得する方法が提案されました。真ちゅう製のプレートに銀を塗布し、次にプレートを塩化銅の溶液に浸して層を増感しました。得られたプレートを洗浄し、乾燥させ、加熱した後、光にさらされた瞬間を捉える準備ができた。しかし、それ以来、結果として得られる写真の色の性質について真剣な議論が行われてきました。 WilliamAbnayやMatthewCarey Leahなどの一部の科学者は、エージングプロセス中に、写真の色の原因となる銀または銅の新しい着色化合物がプレートに現れるという仮説を立てました。粒子の体積内の銀の平行板から周期的構造が形成されるという仮説の支持者であるオットー・ウィーナーとウィルヘルム・ゼンカーは、色の知覚に関与する干渉する定在波を引き起こす彼らとの議論に入りました。ベクレル自身が色素仮説を支持し、Carey Leaとともに、銀「光塩化物」の組成には塩化銀AgClと亜塩化銀Ag2Clが含まれ、色はこれらの物質の比率に依存することを示唆しました。 3番目の説明はLuppo-Kramerによって提供されました。プレートを光にさらすと、さまざまなサイズの銀ナノ粒子が形成されます。各色が独自の粒子サイズに関与します。

すでに現代の研究では、プレートに可視範囲の光が照射されると、新しいプロセスがプレートで発生することが示されています。これは、スペクトル光適応と呼ばれます。粒子が変化するだけでなく、粒子間の距離も変化するため、プレート。同じプロセスは、特定のサイズの銀ナノ粒子の特定の溶解によって説明されました。しかし、現時点では、仮説を確認する大規模な研究はまだ行われていません。

Victor de Seauveと彼の同僚は、ベクレル法で写真を入手し、このシステムの色の理由を説明するのに十分な完全な分析を実行しました。彼らの意見では、色は銀ナノ粒子の表面プラズモン共鳴から生じ、それにより光は特定の波長で吸収されます。光吸収の段階では、2つのプロセスが発生します。金属銀ナノ粒子への塩化銀の光分解と、塩化銀粒子に対するサイズと位置に応じて、光の影響下での銀ナノ粒子の再分配です。

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異なる色の写真の価電子帯スペクトルは同じ形状をしています:異なる膜厚のためにシフトが現れました

化学者は、粒子の色に応じて粒子の組成を分析しました。すべての場合において、粒子は同じ組成であることが判明しました。したがって、彼らは染料についての最初の仮説に反論した。次に、走査型電子顕微鏡を使用して、彼らは塩化銀の表面またはそのバルクのいずれにも銀ナノ粒子の周期的構造を発見しませんでした。この場合、銀ナノ粒子のサイズは単位から150ナノメートルまで変化しました。さらに、彼らはこれらの粒子の吸収能力を青、黄、赤の写真で研究し、それぞれがそれぞれ402、584、677ナノメートルの波長で吸収することに気づきました。これはまた、銀ナノ粒子の上部構造における干渉の2番目の仮説に反論しました。

3番目の理論を確認するために、化学者はナノ粒子のサイズ分布を研究し、すべての写真で粒子の方向と形状は同じであるが、写真の色、粒子のサイズ、およびそれぞれに対する粒子の位置に依存することに気づきました。その他の変更。青から黄色と赤に移動すると、粒子サイズが大きくなります。科学者たちは、色の存在は特定のサイズと位置の銀ナノ粒子の欠如によるものであると結論付けました。たとえば、30〜45ナノメートルのサイズの粒子がなく、塩化銀粒子の表面にほとんどすべての粒子がある場合、写真の赤色が得られます。

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a)強調表示された領域のエネルギー吸収スペクトルb)強調表示された領域を持つ粒子のコントラストHAADF-STEM画像e)粒子サイズに対する共鳴モードエネルギーの依存性

銀ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を研究するとき、化学者は2つの共鳴モードを取得しました。1つは銀ナノ粒子と塩化銀粒子の接触、もう1つは銀ナノ粒子とボイドの接触です。粒子サイズが大きくなると、吸収されるエネルギーの量は減少します。可視範囲の光子によるプラズモンの励起は、銀の伝導帯からの電子が半導体AgClの伝導帯、または銀ナノ粒子を取り囲む酸素のいずれかに通過するという事実につながります。表面酸素への電子の流れはよりエネルギー的に有利であり、これは塩化銀の粒界に粒子が選択的に存在しないことを説明しています。ナノ粒子の再分布の過程で、銀イオンの高い移動度により、アクセス可能なナノ粒子に到達したり、電子との付着と再結合によって塩化銀の粒界に新しい粒子を形成したりできます。新しい粒子の形成は、酸素による電子の不在下では発生しないため、残りのナノ粒子の成長が主に発生します。

したがって、最初のカラー写真の謎が解決されました-塩化銀粒子に対する銀ナノ粒子のサイズと位置が色の原因です。

最初のカラー写真は、日光にさらされるとすぐに色と視認性を失いました。私たちの記憶がほぼ同じように機能するのは不思議です-人の視覚的記憶は時間とともに薄れていきます。これらの記憶の明るさの詳細は、感情的な要素に大きく依存しています。

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