Plasmonkoblede guldnanopartikler, der er nyttige til termisk historieføling

Forskere har påvist, at strække formhukommelsespolymerer indlejret med klynger af guldnanopartikler ændrer deres plasmonkobling, giver anledning til ønskelige optiske egenskaber. En potentiel anvendelse for materialet er en sensor, der er afhængig af optiske egenskaber til at spore et objekts eller miljøs termiske historie.

Det drejer sig om en strækbar polymer indlejret med guld nanosfærer. Hvis materialet opvarmes og strækkes, efterfulgt af afkøling til stuetemperatur, materialet vil holde sin strakte form i det uendelige. Når den er genopvarmet til 120 grader Celsius, materialet vender tilbage til sin oprindelige form.

Men det, der virkelig er interessant, er, at guld nanosfærerne ikke er perfekt spredt i polymeren. I stedet, de danner klynger, hvor deres overfladeplasmonresonanser er koblet. Disse plasmonkoblede nanopartikler har optiske egenskaber, der skifter afhængigt af, hvor tæt de er på hinanden, som ændrer sig, når strækning ændrer formen på kompositten.

"Når man vurderer spidsbølgelængden af ​​lys absorberet af materialet, der er betydelige forskelle afhængigt af om lyset er polariseret parallelt eller vinkelret på strækkeretningen, " siger Joe Tracy, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og en professor i materialevidenskab og teknik ved NC State. "For lys polariseret parallelt med strækningsretningen, jo længere du har strakt materialet, jo længere lyset, der absorberes, skifter til rødt. For lys polariseret vinkelret på strækkeretningen er der en blåforskydning."

"Vi fandt også ud af, at mens formhukommelsespolymeren holder sin form ved stuetemperatur, den genvinder sin oprindelige form på en forudsigelig måde, afhængig af den temperatur den udsættes for, siger Tobias Kraus, medforfatter til avisen, en gruppeleder ved Leibniz Instituttet for Nye Materialer og en professor ved Saarlands Universitet.

Specifikt, en gang strakt 140% forbi sin oprindelige længde, du kan bestemme den højeste temperatur, som polymeren derefter udsættes for, op til 120 grader Celsius, ved at måle, hvor meget den er skrumpet tilbage til sin oprindelige størrelse. Hvad mere er, på grund af de plasmonkoblede nanopartikler, denne ændring kan måles indirekte, gennem målinger af materialets optiske egenskaber.

"Fra et praktisk perspektiv, dette giver dig mulighed for at oprette en optisk termisk historiksensor, " siger Joe Tracy. "Du kan bruge lys til at se, hvor varmt materialet blev. En vigtig anvendelse af termiske sensorer er at sikre kvaliteten eller sikkerheden ved forsendelse eller opbevaring af materialer, der er følsomme over for væsentlige ændringer i varme. Vi har demonstreret en tilgang baseret på plasmonkobling af guldnanopartikler."

Sensorkonceptet er udviklet empirisk, men forskerne brugte også beregningsmodellering til bedre at forstå strukturen af ​​klynger af guld nanosfærer, og hvordan klyngerne ændrede sig under udstrækning. Styrken af ​​plasmonkobling er relateret til afstanden mellem nanosfærer, som er kendt som en "plasmon lineal."

"Baseret på vores simuleringer, vi kan estimere afstanden mellem plasmonkoblede nanopartikler ud fra deres optiske egenskaber, " siger Amy Oldenburg, medforfatter af papiret og professor i fysik ved University of North Carolina i Chapel Hill. "Denne sammenligning er informativ til at designe fremtidige polymer nanokompositter baseret på plasmonkoblede nanopartikler."