等离子体耦合金纳米粒子可用于热历史传感

研究人员已经证明，嵌入金纳米粒子簇的拉伸形状记忆聚合物会改变它们的等离子体耦合，从而产生理想的光学特性。该材料的一个潜在应用是传感器，它依赖于光学特性来跟踪物体或环境的热历史。

问题在于嵌入金纳米球的可拉伸聚合物。如果材料被加热和拉伸，然后冷却到室温，材料将无限期地保持其拉伸形状。一旦重新加热到 120 摄氏度，材料就会恢复到原来的形状。

但真正有趣的是，金纳米球并没有完美地分散在聚合物中。相反，它们形成簇，其中它们的表面等离子体共振耦合。这些等离子体耦合纳米粒子的光学特性会随着它们彼此之间的接近程度而变化，当拉伸改变复合材料的形状时，这种特性会发生变化。

“在评估材料吸收的光的峰值波长时，根据光是平行于还是垂直于拉伸方向偏振，存在显着差异，”该工作论文的通讯作者、材料学教授乔特雷西说北卡罗来纳州立大学的科学与工程。“对于平行于拉伸方向偏振的光，你将材料拉伸得越远，吸收的光越向红色偏移。对于垂直于拉伸方向的偏振光，存在蓝移。”

“我们还发现，虽然形状记忆聚合物在室温下保持其形状，但它会以可预测的方式恢复其原始形状，这取决于它所处的温度，”该论文的合著者 Tobias Kraus 说，莱布尼茨新材料研究所的组长和萨尔大学的教授。

具体来说，一旦拉伸超过其原始长度的 140%，您就可以通过测量聚合物向其原始尺寸收缩的程度来确定聚合物所承受的最高温度，最高可达 120 摄氏度。更重要的是，由于等离子体耦合纳米粒子，这种变化可以通过测量材料的光学特性来间接测量。

“从实用的角度来看，这使您可以创建光学热历史传感器，”乔·特雷西说。“您可以使用光来查看材料变得多热。热历史传感器的一个重要应用是确保运输或存储对热量显着变化敏感的材料的质量或安全性。我们已经展示了一种基于等离子体耦合的方法金纳米粒子。”

传感器概念是凭经验开发的，但研究人员还使用计算模型来更好地了解金纳米球簇的结构以及簇在拉伸过程中的变化。等离子体耦合的强度与纳米球之间的间距有关，这被称为“等离子体尺”。

“根据我们的模拟，我们可以根据它们的光学特性估计等离子体耦合纳米粒子之间的距离，”该论文的合著者、北卡罗来纳大学教堂山分校的物理学教授艾米奥尔登堡说。“这种比较对于设计基于等离子体耦合纳米粒子的未来聚合物纳米复合材料是有益的。”

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