Los investigadores han demostrado que el estiramiento de polímeros con memoria de forma incrustados con grupos de nanopartículas de oro altera su acoplamiento de plasmones, dando lugar a propiedades ópticas deseables. Una aplicación potencial del material es un sensor que se basa en propiedades ópticas para rastrear el historial térmico de un objeto o entorno.

Se trata de un polímero estirable incrustado con nanoesferas de oro. Si el material se calienta y se estira, seguido de enfriamiento a temperatura ambiente, el material mantendrá su forma estirada indefinidamente. Una vez recalentado a 120 grados Celsius, el material vuelve a su forma original.

Pero lo realmente interesante es que las nanoesferas de oro no están perfectamente dispersas en el polímero. En lugar de, forman racimos, en el que se acoplan sus resonancias de plasmón de superficie. Estas nanopartículas acopladas a plasmones tienen propiedades ópticas que cambian dependiendo de qué tan cerca estén unas de otras. que cambia al estirar altera la forma del composite.

"Al evaluar la longitud de onda máxima de la luz absorbida por el material, existen diferencias significativas dependiendo de si la luz está polarizada en paralelo o perpendicular a la dirección de estiramiento, "dice Joe Tracy, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State. "Para luz polarizada paralela a la dirección de estiramiento, cuanto más estire el material, cuanto más la luz absorbida cambia al rojo. Para la luz polarizada perpendicular a la dirección de estiramiento, hay un desplazamiento hacia el azul ".

"También encontramos que, mientras que el polímero con memoria de forma mantiene su forma a temperatura ambiente, recupera su forma original de forma predecible, dependiendo de la temperatura a la que esté expuesto, "dice Tobias Kraus, coautor del artículo, líder de grupo en el Instituto Leibniz de Nuevos Materiales y profesor en la Universidad de Saarland.

Específicamente, una vez estirado 140% más allá de su longitud original, puede determinar la temperatura más alta a la que se expone el polímero, hasta 120 grados Celsius, midiendo cuánto se ha reducido a su tamaño original. Y lo que es más, debido a las nanopartículas acopladas a plasmones, este cambio se puede medir indirectamente, a través de mediciones de las propiedades ópticas del material.

"Desde una perspectiva práctica, esto le permite crear un sensor óptico de historial térmico, "Dice Joe Tracy." Puedes usar la luz para ver qué tan caliente se puso el material. Una aplicación importante de los sensores de historial térmico es garantizar la calidad o seguridad del envío o almacenamiento de materiales sensibles a cambios significativos de calor. Hemos demostrado un enfoque basado en el acoplamiento de plasmones de nanopartículas de oro ".

El concepto de sensor se desarrolló empíricamente, pero los investigadores también utilizaron modelos computacionales para comprender mejor la estructura de los grupos de nanoesferas de oro y cómo los grupos cambiaron durante el estiramiento. La fuerza del acoplamiento de plasmones está relacionada con los espacios entre nanoesferas, que se conoce como una "regla de plasmón".

"Según nuestras simulaciones, podemos estimar la distancia entre nanopartículas acopladas a plasmones a partir de sus propiedades ópticas, "dice Amy Oldenburg, coautor del artículo y profesor de física en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. "Esta comparación es informativa para diseñar futuros nanocompuestos de polímeros basados ​​en nanopartículas acopladas a plasmones".