Les chercheurs ont démontré que l'étirement de polymères à mémoire de forme incrustés d'amas de nanoparticules d'or modifie leur couplage plasmonique, donnant lieu à des propriétés optiques souhaitables. Une application potentielle pour le matériau est un capteur qui s'appuie sur des propriétés optiques pour suivre l'historique thermique d'un objet ou d'un environnement.

Le problème est un polymère étirable incrusté de nanosphères d'or. Si le matériau est chauffé et étiré, puis refroidissement à température ambiante, le matériau conservera sa forme étirée indéfiniment. Une fois réchauffé à 120 degrés Celsius, le matériau reprend sa forme initiale.

Mais ce qui est vraiment intéressant, c'est que les nanosphères d'or ne sont pas parfaitement dispersées dans le polymère. Au lieu, ils forment des grappes, dans lequel leurs résonances plasmoniques de surface sont couplées. Ces nanoparticules couplées au plasmon ont des propriétés optiques qui changent en fonction de leur proximité les unes avec les autres, qui change lors de l'étirement modifie la forme du composite.

"Lors de l'évaluation de la longueur d'onde maximale de la lumière absorbée par le matériau, il existe des différences importantes selon que la lumière est polarisée parallèlement ou perpendiculairement à la direction d'étirement, " dit Joe Tracy, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à NC State. "Pour une lumière polarisée parallèlement à la direction d'étirement, plus vous avez étiré le matériau, plus la lumière absorbée passe au rouge. Pour la lumière polarisée perpendiculairement à la direction d'étirement, il y a un décalage vers le bleu."

"Nous avons également constaté que, tandis que le polymère à mémoire de forme conserve sa forme à température ambiante, il retrouve sa forme d'origine de manière prévisible, selon la température à laquelle il est exposé, " dit Tobias Kraus, co-auteur de l'article, chef de groupe à l'Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux et professeur à l'Université de la Sarre.

Spécifiquement, une fois étiré à 140% au-delà de sa longueur d'origine, vous pouvez déterminer la température la plus élevée à laquelle le polymère est ensuite exposé, jusqu'à 120 degrés Celsius, en mesurant combien il a rétréci vers sa taille d'origine. Quoi de plus, à cause des nanoparticules couplées au plasmon, ce changement peut être mesuré indirectement, par des mesures des propriétés optiques du matériau.

« D'un point de vue pratique, cela vous permet de créer un capteur optique d'historique thermique, " dit Joe Tracy. " Vous pouvez utiliser la lumière pour voir à quel point le matériau est chaud. Une application importante des capteurs d'historique thermique est d'assurer la qualité ou la sécurité de l'expédition ou du stockage de matériaux sensibles aux changements importants de chaleur. Nous avons démontré une approche basée sur le couplage plasmon de nanoparticules d'or."

Le concept de capteur a été développé empiriquement, mais les chercheurs ont également utilisé la modélisation informatique pour mieux comprendre la structure des amas de nanosphères d'or et comment les amas ont changé au cours de l'étirement. La force du couplage des plasmons est liée aux espacements entre les nanosphères, qui est connu comme une "règle plasmon."

« Sur la base de nos simulations, nous pouvons estimer la distance entre les nanoparticules couplées au plasmon à partir de leurs propriétés optiques, " dit Amy Oldenburg, co-auteur de l'article et professeur de physique à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. "Cette comparaison est instructive pour la conception de futurs nanocomposites polymères basés sur des nanoparticules couplées au plasmon."