Le plastique plasmonique imprimé en 3D permet la production de capteurs optiques à grande échelle

L’intérêt pour les nanoparticules métalliques plasmoniques et leurs nombreuses purposes différentes s’est développé rapidement, se développant sur un large spectre au cours des deux dernières décennies. Ce qui rend ces particules si spéciales, c’est leur capacité à interagir fortement avec la lumière. Cela les rend utiles pour un substantial éventail d’applications : comme composants optiques pour les capteurs et traitements médicaux, en photocatalyse pour contrôler les processus chimiques et dans divers varieties de capteurs de gaz.

Plastique plasmonique

Pendant 6 ans, les chercheurs de Chalmers Christoph Langhammer, Christian Müller, Kasper Moth-Poulsen, Paul Erhart et Anders Hellman et leurs équipes de recherche ont collaboré à un projet de recherche sur le plastique plasmonique. Au début du projet, les nanoparticules métalliques plasmoniques étaient principalement utilisées sur des surfaces planes et nécessitaient une output dans des laboratoires de salle blanche avancés. Le place de départ des chercheurs était de se demander : et si nous pouvions produire de manière sturdy de grands volumes de nanoparticules métalliques plasmoniques qui permettraient de fabriquer des objets plasmoniques tridimensionnels ? C’est là que le plastique est entré en scène. Les propriétés des matériaux plastiques signifient qu’ils peuvent être façonnés sous presque toutes les formes, qu’ils sont rentables, qu’ils ont un potentiel de mise à l’échelle et qu’ils peuvent être imprimés en 3D.

Et ça a marché. Le projet a abouti au développement de nouveaux matériaux constitués d’un mélange (ou composite) d’un polymère et de nanoparticules métalliques colloïdales à activité plasmonique. Avec ces matériaux, vous pouvez imprimer en 3D des objets pesant entre une portion de gramme et plusieurs kilogrammes. Certains des résultats de recherche les furthermore importants de l’ensemble du projet ont été résumés dans un short article paru dans la revue scientifique Accounts of Chemical Research.

Capteurs d’hydrogène imprimés en 3D

Les capteurs plasmoniques capables de détecter l’hydrogène sont l’application cible de ce sort de matériau composite plastique sur laquelle les chercheurs ont choisi de se concentrer dans leur projet. Ce faisant, ils ont lancé une toute nouvelle approche dans le domaine des capteurs optiques basés sur des plasmons, à savoir la possibilité d’imprimer ces capteurs en 3D.

« Différents styles de capteurs sont nécessaires pour accélérer le développement de la médecine ou l’utilisation de l’hydrogène comme carburant alternatif sans carbone. L’interaction entre le polymère et les nanoparticules est le facteur clé lorsque ces capteurs sont fabriqués à partir de plastique plasmonique. Dans les programs des capteurs, ce form de plastique permet non seulement la fabrication additive (impression 3D), ainsi que l’évolutivité dans le processus de fabrication du matériau, mais a également la fonction importante de filtrer toutes les molécules sauf les additionally petites — dans notre software, il s’agit de l’hydrogène. molécules que nous voulons détecter. Cela évite que le capteur ne se désactive avec le temps », explique Christoph Langhammer, professeur au Département de physique, qui a dirigé le projet.

« Le capteur est conçu de telle sorte que les nanoparticules métalliques changent de couleur lorsqu’elles entrent en make contact with avec l’hydrogène, motor vehicle elles absorbent le gaz comme une éponge. Le changement de couleur vous avertit immédiatement si les niveaux deviennent trop élevés, ce qui est essentiel lorsque vous êtes en speak to avec de l’hydrogène. Il s’agit d’hydrogène gazeux. À des niveaux trop élevés, il devient inflammable lorsqu’il est mélangé à l’air », explique Christoph Langhammer.

De nombreuses apps possibles

Bien qu’une réduction de l’utilisation des plastiques soit souhaitable en général, il existe de nombreuses applications techniques avancées qui ne sont possibles que grâce aux propriétés uniques des plastiques. Les plastiques plasmoniques peuvent désormais permettre d’exploiter la boîte à outils polyvalente de la technologie des polymères pour concevoir de nouveaux capteurs de gaz ou des applications dans le domaine de la santé et des technologies portables, entre autres exemples. Il peut même inspirer les artistes et les créateurs de method grâce à ses couleurs attrayantes et personnalisables.

« Nous avons montré que la generation de ce matériau peut être augmentée, qu’elle repose sur des méthodes de synthèse respectueuses de l’environnement et économes en ressources pour créer des nanoparticules, et qu’elle est facile à mettre en œuvre. Dans le cadre du projet, nous avons choisi d’appliquer la méthode plasmonique du plastique aux capteurs d’hydrogène, mais en réalité, seule notre creativeness est la limite quant à son utilisation », explique Christoph Langhammer.

Remark fonctionne le plastique plasmonique

• Le plastique plasmonique est constitué d’un polymère, tel que le Téflon amorphe ou le PMMA (plexiglas), et de nanoparticules colloïdales d’un métal réparties de manière homogène à l’intérieur du polymère. À l’échelle nanométrique, les particules métalliques acquièrent des propriétés utiles telles que la capacité d’interagir fortement avec la lumière. Cet effet est appelé plasmons. Les nanoparticules peuvent alors changer de couleur s’il y a un changement dans leur environnement, ou si elles se changent elles-mêmes, par exemple par une réaction chimique, ou en absorbant de l’hydrogène
• En dispersant les nanoparticules dans le polymère, elles sont protégées de l’environnement auto les molécules furthermore grosses ne sont pas aussi capables de se déplacer à travers le polymère que les molécules d’hydrogène, qui sont extrêmement petites. Le polymère agit comme un filtre moléculaire. Cela signifie qu’un capteur d’hydrogène plasmonique en plastique peut être utilisé dans des environnements furthermore exigeants et vieillira moins. Le polymère permet également de créer facilement des objets tridimensionnels de tailles très différentes possédant ces propriétés plasmoniques intéressantes
• Cette interaction distinctive entre le polymère, les nanoparticules et la lumière peut être utilisée pour obtenir des effets personnalisés, potentiellement dans une substantial gamme de produits. Différents forms de polymères et de métaux confèrent différentes propriétés au matériau composite, qui peuvent être adaptées à une software particulière