金纳米粒子等离激元耦合表明有关热传感的可能性

　　北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的研究人员描述了一种通过拉伸嵌入金纳米粒子簇的形状记忆聚合物来实现理想光学特性的方法，从而改变其等离激元耦合能力。这个方法支持可应用于物体或环境的全光学热历史传感器。在将研究人员使用的形状记忆聚合物薄膜延长它原始长度的140% 后，他们能够通过测量聚合物缩小到原始尺寸的程度来确定聚合物暴露的最高温度（高达 248 °F /120 °C）。从系统中存在的等离子激元耦合纳米粒子中，研究人员通过观察材料的光学特性，从而展示了他们间接测量这一变化的能力。

　　

　　JoeTracy是关于这项工作一篇论文的通讯作者，也是材料科学和工程学教授，他说，这一事实意味着团队能够依靠光线来观察材料有多热。他说："热历史传感器的一个重要应用是确保对热变化敏感的运输方式或储存材料的质量和安全。"当金纳米球嵌入的可伸缩聚合物被加热和拉伸，然后冷却回室温时，材料将无限期地保持其采用的形状。然而，一旦重新加热回248°F，材料将恢复到原来的形状。金纳米球在聚合物中形成簇，其表面等离子激元共振耦合：如果金纳米球完美地分散在聚合物中，它们的表面等离子激元共振将保持非耦合。根据聚合物中彼此接近的程度，等离子激元耦合的纳米粒子的光学特性会发生变化。比如当聚合物形状被拉伸时，这些特性会发生变化。

　　

　　Tracy说："在评估材料吸收的光的峰值波长时，根据光是偏振平行还是垂直于拉伸方向，存在显著差异。，越是拉伸材料，吸收的光越是红移。偏振方向与拉伸方向垂直的光，有一个蓝移。"研究人员随后得出结论，他们的聚合物恢复其原始形状的方式是可以预测的。除了热历史传感器概念的开发外，研究人员说，他们利用计算建模来增强他们对金纳米球簇及其它们怎样在拉伸过程中变化的理解。等离子体耦合的强度与纳米球之间的间距有关。这被称为"等离激元耦合规则"。论文合作者、北卡罗来纳大学物理学教授Amy Oldenburg说，利用其光学特性准确估计等离激元耦合纳米粒子之间的距离，这对于设计基于等离激元耦合纳米粒子的未来聚合物纳米复合材料来说可提供大量信息。

　　

　　这项研究是在国家科学基金会（National Science Foundation）、国家卫生研究院（National Institutes of Health）和Alexander von Humboldt基金会的支持下完成的。这项研究发表在《ACS Applied Nano Materials》上(www.doi.org/10.1021/acsanm.1c00309).