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  • Nanoparticelle d'oro accoppiate al plasmone utili per il rilevamento della storia termica

    Lunghezza d'onda di picco dello spettro di estinzione ottica polarizzata in funzione della temperatura di recupero, mostrando il comportamento dipendente dalla temperatura che può essere applicato per i sensori ottici di cronologia termica. Credito:Mehedi H. Rizvi.

    I ricercatori hanno dimostrato che l'allungamento dei polimeri a memoria di forma incorporati con cluster di nanoparticelle d'oro altera il loro accoppiamento plasmonico, dando luogo a proprietà ottiche desiderabili. Una potenziale applicazione per il materiale è un sensore che si basa su proprietà ottiche per tracciare la storia termica di un oggetto o dell'ambiente.

    In questione è un polimero estensibile incorporato con nanosfere d'oro. Se il materiale viene riscaldato e allungato, seguito dal raffreddamento a temperatura ambiente, il materiale manterrà la sua forma allungata indefinitamente. Una volta riscaldato a 120 gradi Celsius, il materiale ritorna alla sua forma originale.

    Ma la cosa veramente interessante è che le nanosfere d'oro non sono perfettamente disperse nel polimero. Anziché, formano grappoli, in cui le loro risonanze plasmoniche di superficie sono accoppiate. Queste nanoparticelle accoppiate a plasmoni hanno proprietà ottiche che cambiano a seconda di quanto sono vicine l'una all'altra, che cambia quando lo stiramento altera la forma del composito.

    "Quando si valuta la lunghezza d'onda di picco della luce assorbita dal materiale, ci sono differenze significative a seconda che la luce sia polarizzata parallelamente o perpendicolarmente alla direzione di stiramento, "dice Joe Tracy, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State. "Per la luce polarizzata parallelamente alla direzione di stiramento, più hai allungato il materiale, più la luce assorbita si sposta verso il rosso. Per la luce polarizzata perpendicolarmente alla direzione di allungamento c'è uno spostamento verso il blu."

    "Abbiamo anche scoperto che, mentre il polimero a memoria di forma mantiene la sua forma a temperatura ambiente, recupera la sua forma originale in modo prevedibile, a seconda della temperatura a cui è esposto, "dice Tobias Kraus, coautore dell'articolo, capogruppo presso il Leibniz Institute for New Materials e professore presso la Saarland University.

    Nello specifico, una volta allungato del 140% oltre la sua lunghezza originale, è possibile determinare la temperatura massima a cui viene poi esposto il polimero, fino a 120 gradi Celsius, misurando quanto si è ridotto alla sua dimensione originale. Cosa c'è di più, a causa delle nanoparticelle accoppiate a plasmoni, questo cambiamento può essere misurato indirettamente, attraverso misurazioni delle proprietà ottiche del materiale.

    "Dal punto di vista pratico, questo permette di creare un sensore ottico di cronologia termica, " Joe Tracy dice. "Puoi usare la luce per vedere quanto è caldo il materiale. Un'importante applicazione dei sensori di cronologia termica è garantire la qualità o la sicurezza della spedizione o dello stoccaggio di materiali sensibili a variazioni significative di calore. Abbiamo dimostrato un approccio basato sull'accoppiamento plasmonico di nanoparticelle d'oro".

    Il concetto di sensore è stato sviluppato empiricamente, ma i ricercatori hanno anche utilizzato la modellazione computazionale per comprendere meglio la struttura dei cluster di nanosfere d'oro e come i cluster sono cambiati durante l'allungamento. La forza dell'accoppiamento plasmonico è correlata alle distanze tra le nanosfere, che è noto come "righello plasmonico".

    "Sulla base delle nostre simulazioni, possiamo stimare la distanza tra le nanoparticelle accoppiate a plasmoni dalle loro proprietà ottiche, "dice Amy Oldenburg, coautore dell'articolo e professore di fisica presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill. "Questo confronto è informativo per la progettazione di futuri nanocompositi polimerici basati su nanoparticelle accoppiate a plasmoni".


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