熱履歴センシングに有用なプラズモン結合金ナノ粒子

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回復温度の関数としての偏光減光スペクトルのピーク波長。これは、光学熱履歴センサーに適用できる温度依存の動作を示しています。画像クレジット：Mehedi H. Rizvi

要約：
研究者は、金ナノ粒子のクラスターが埋め込まれた形状記憶ポリマーを伸ばすと、プラズモンカップリングが変化し、望ましい光学特性が生じることを実証しました。この材料の潜在的な用途のXNUMXつは、光学特性に依存して物体または環境の熱履歴を追跡するセンサーです。

熱履歴センシングに役立つプラズモン結合金ナノ粒子

ノースカロライナ州ダーラム| 1年2021月XNUMX日に投稿

問題となっているのは、金ナノスフェアが埋め込まれた伸縮性ポリマーです。材料を加熱して引き伸ばした後、室温まで冷却すると、材料は引き伸ばされた形状を無期限に保持します。摂氏120度に再加熱されると、材料は元の形状に戻ります。

しかし、本当に興味深いのは、金のナノスフェアがポリマーに完全に分散していないことです。代わりに、それらはクラスターを形成し、その中でそれらの表面プラズモン共鳴が結合されます。これらのプラズモン結合ナノ粒子は、それらが互いにどれだけ近いかに応じてシフトする光学特性を持っており、伸縮すると複合材料の形状が変化するときに変化します。

「材料によって吸収される光のピーク波長を評価する場合、光が延伸方向に平行に偏光するか垂直に偏光するかによって大きな違いがあります」と、この研究に関する論文の対応する著者であり、材料の教授であるジョートレーシーは述べています。ノースカロライナ州立大学の科学と工学。「伸ばす方向に平行に偏光された光の場合、材料を伸ばすほど、吸収される光は赤にシフトします。伸縮方向に垂直に偏光された光の場合、青方偏移があります。」

「また、形状記憶ポリマーは室温でその形状を保持しますが、さらされる温度に応じて、予測可能な方法で元の形状を回復することもわかりました」と、論文の共著者であるTobiasKrausは述べています。 Leibniz Institute for New Materialsのグループリーダーであり、ザールラント大学の教授です。

具体的には、元の長さを超えて140％引き伸ばされると、元のサイズに向かってどれだけ収縮したかを測定することにより、ポリマーがさらされる最高温度（摂氏120度まで）を決定できます。さらに、プラズモン結合ナノ粒子のため、この変化は、材料の光学特性の測定を通じて間接的に測定することができます。

「実用的な観点から、これにより、光学式熱履歴センサーを作成できます」とJoeTracy氏は言います。「光を使って、材料がどれだけ熱くなったかを確認できます。熱履歴センサーの重要な用途は、熱の大きな変化に敏感な材料の輸送または保管の品質または安全性を保証することです。金ナノ粒子のプラズモンカップリングに基づくアプローチを実証しました。」

センサーの概念は経験的に開発されましたが、研究者は計算モデリングを使用して、金ナノスフェアのクラスターの構造と、ストレッチ中にクラスターがどのように変化したかをよりよく理解しました。プラズモン結合の強さは、「プラズモン定規」として知られているナノスフェア間の間隔に関連しています。

「私たちのシミュレーションに基づいて、プラズモン結合ナノ粒子間の距離をそれらの光学特性から推定することができます」と、論文の共著者でノースカロライナ大学チャペルヒル校の物理学教授であるエイミーオルデンバーグは述べています。「この比較は、プラズモン結合ナノ粒子に基づく将来のポリマーナノコンポジットの設計に役立ちます。」

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コンタクト：
マット・シップマン

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