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研究人员已经证明，嵌入金纳米颗粒团簇的拉伸形状记忆聚合物改变了它们的等离子体耦合，从而产生了理想的光学特性。这种材料的一个潜在应用是利用光学特性来跟踪物体或环境的热历史的传感器。
争论的焦点是一种嵌入金纳米球的可伸缩聚合物。如果将材料加热和拉伸，然后冷却到室温，这种材料将无限期地保持其拉伸后的形状。一旦加热到120摄氏度，材料就会恢复到原来的形状。
但真正有趣的是，金纳米球并没有完全分散在聚合物中。相反，它们形成团簇，在团簇中它们的表面等离子共振耦合在一起。这些等离子体偶联纳米粒子的光学特性会根据它们彼此之间的距离而改变，当拉伸改变复合材料的形状时，这些特性也会改变。
“当评估峰值波长的光被物质吸收,有显著差异取决于光线偏振平行或垂直于拉伸方向,”乔·特蕾西说通讯作者论文的工作和材料科学与工程教授数控状态。“对于平行于拉伸方向的光偏振光，你拉伸材料的距离越远，吸收的光移到红色的距离就越远。对于垂直于拉伸方向的光偏振，会出现蓝移。”
“我们还发现,虽然形状记忆聚合物拥有它的形状在室温下,它恢复原来的形状在一个可预测的方法,根据温度是暴露,”托拜厄斯克劳斯说,该论文的作者之一,莱布尼兹研究所组长对新材料和萨尔州大学教授。
具体而言，一旦拉伸140％的原始长度，可以确定聚合物暴露的最高温度，最高可达120摄氏度，通过测量它朝向其原始尺寸缩小了多少。更重要的是，由于等离子体偶联的纳米颗粒，可以通过材料的光学性质的测量来间接测量该变化。
Joe Tracy说:“从实用的角度来看，这可以让你创建一个光学热历史传感器。”“你可以用光来看看材料有多热。热历史传感器的一个重要应用是确保对热的显著变化敏感的运输或存储材料的质量或安全。我们已经证明了一种基于金纳米颗粒等离子体耦合的方法。”
传感器的概念是根据经验开发的，但研究人员也使用计算模型来更好地理解金纳米球簇的结构，以及簇在拉伸过程中如何变化。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”。
“基于我们的模拟，我们可以估计来自光学性质的近距离纳米粒子之间的距离，”纸张南部北卡罗来纳大学的纸张和物理学教授Amy Oldenburg说。“这种比较是基于等离子体偶联纳米颗粒设计未来聚合物纳米复合材料的信息。”
纸”,用于机械/热传感的拉伸形状记忆聚合物中的等离子体耦合金纳米颗粒“，”出现在期刊上ACS应用纳米材料。本文的第一个作者是北欧州的前研究生的Prachi Yadav。本文由Mehedi Rizvi，Sumeet Mishra，Brian Chapman和NC州的Brian Lynch合作;和莱布尼兹新材料研究所的BjörnKuttich。
这项工作是以国家科学基金会的支持，根据拨款1663416,1803830和1803785;国立卫生研究院拨款r21 hl 130901;和亚历山大·冯洪堡基金会。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
用于机械/热传感的拉伸形状记忆聚合物中的等离子体耦合金纳米颗粒
作者：Prachi R. Yadav，Mehedi H. Rizvi，Sumeet R. Mishra，Brian S. Chapman，Brian B. Lynch和Joseph B. Tracy，北卡罗来纳州立大学;BjörnKuttich，莱布尼兹新材料研究所;托比亚斯克劳斯，莱布尼兹新材料研究所和萨尔兰大学;和北卡罗来纳大学的Amy L. Oldenburg在Chapel Hill
发表: 3月25日ACS应用纳米材料
DOI: 10.1021 / acsanm.1c00309
文摘:等离子体纳米颗粒（NPS）的组织决定了其表面等离子体偶联的强度和偏振依赖性。在该研究中，在机械拉伸之前和之后的形状记忆聚合物膜中研究了平均直径为15nm的球形Au nps的等离子体偶联，然后在热驱动形状回收之后。Au NPS形式的簇在制备表现出强血浆耦合的薄膜时。在拉伸期间，显着的偏振依赖性响应产生，其中对应于表面等离子体共振的光学消光最大值被19nm和平行的7nm的偏振，分别被平行地和垂直于拉伸方向的偏振。该结果可以通过在纳米级上的不均匀拉伸来解释，其中等离子体耦合在拉伸期间彼此拉入彼此时平行于剪切方向增加。形状恢复后，偏振依赖性消失，结构表征证实各向同性的返回与Au NP的初始排列的完全纳米级恢复一致。Au NP二聚体在不同颗粒间距中的偏振光学响应的模拟建立了一种用于估计实验样品内的平均颗粒间距的等离子体尺。对温度依赖性恢复行为的研究表明这些材料作为光学热历史传感器的应用。
