Copolymerisation af metalnanopartikler til fremstilling af kolloide plasmoniske copolymerer

Molekyler kan copolymerisere for at danne længere sammensatte kæder; det viser sig, at nanopartikler kaldet kolloide partikler også kan copolymerisere for at lave hybride nanostrukturer. Det faktum, at disse reaktioner forekommer på en meget lignende måde, er ikke indlysende, men dette kunne bruges til at udføre grundlæggende undersøgelser af copolymerisationsreaktioner. Imidlertid, kolloide polymerer er primært nyttige til udvikling af meget komplekse nanosystemer. I journalen Angewandte Chemie , et hold kinesere, canadisk, og amerikanske forskere har præsenteret en rapport om copolymerisation af guld nanorods af forskellige størrelser samt guld og palladium nanorods.

Polymerer fremstillet af metalnanopartikler er særligt interessante på grund af deres plasmoner - kvantificerede ladningsbærerdensitetsoscillationer som følge af den kollektive excitation af frie elektroner til plasmaoscillationer. Lange kæder af metalnanopartikler kendt som plasmoniske polymerer viser stærke vekselvirkninger mellem plasmonerne i de enkelte byggesten. Deres optiske egenskaber kan kontrolleres ved hjælp af faktorer som polymerisationsgraden, størrelsen af ​​nanopartiklerne, eller afstanden mellem partikler. Copolymerkæder lavet af nanopartikler med forskellige størrelser, former og kompositioner er endnu mere interessante, da de giver en anden grad af frihed til at justere egenskaberne (og potentielt, fører til nye egenskaber) af plasmoniske polymerer. Potentielle applikationer kunne omfatte mindre computerchips, forbedrede nanoantenner og sensorer, og forbedret optisk databehandling.

Forskerne fra Jilin University (Kina), University of Toronto (Canada), og University of North Carolina (USA) har nu udviklet metoder til at anvende strategier fra molekylær copolymerisation (polymerisation af forskellige monomerer sammen) til samsamling af nanorods af varierende størrelse og sammensætning. Anført af Kun Liu og Eugenia Kumacheva, holdet bruger guld nanorods med polystyren kæder på enderne som byggesten. Tilsætning af vand til det organiske opløsningsmiddel indeholdende en suspension af nanoroderne forårsager polystyrenenderne, som kun er dårligt opløselige i vand, at binde tæt sammen, forbinder nanoroderne til lange polymerkæder. Denne tilgang blev udvidet til samsamling af tilfældige og blok copolymerer af guld nanorods af forskellig længde samt tilfældige copolymerer af guld og palladium nanorods. (Tilfældige copolymerer indeholder forskellige monomerer i en tilfældig rækkefølge; i en blokcopolymer indeholder polymerkæden større domæner af enten den ene eller den anden monomer.)

Forskerne var i stand til at etablere en model for reaktionerne, der bekræftede og udvidede etablerede kinetiske teorier for molekylære trinvise copolymerisationsreaktioner. De opnåede kolloide polymerer giver også et fremragende modelsystem til den grundlæggende undersøgelse af plasmoniske egenskaber, såsom specielle tilstande som følge af asymmetrien af ​​nanostrukturer med uregelmæssigt fordelte komponenter.