Một nhóm các nhà hóa học của Đại học Rice do Christy Landes và Stephan Link dẫn đầu, phối hợp với Viện Smalley-Curl, đã tạo ra các hạt lai kết hợp các đặc tính thu ánh sáng bất bại của các hạt nano plasmonic với tính linh hoạt của lớp phủ polyme xúc tác. Nghiên cứu của họ có thể giúp cung cấp năng lượng cho các ứng dụng plasmonic đã được theo đuổi từ lâu trong điện tử, hình ảnh, cảm biến và y học.
Plasmon là những gợn sóng năng lượng có thể phát hiện được tạo ra trên bề mặt của một số kim loại khi bị kích thích bởi ánh sáng hoặc tác nhân đầu vào khác. Nanoanten là những miếng cực nhỏ của những kim loại này, như vàng, bạc và nhôm. Bởi vì chúng rất nhạy với các đầu vào cụ thể tùy thuộc vào kích thước, hình dạng và loại của chúng, chúng có thể điều chỉnh được và do đó có thể được sử dụng như trong cảm biến, tác nhân hình ảnh sinh học và thậm chí là phương pháp trị liệu.
Mục tiêu của các tác giả Emily Searles, một sinh viên đã tốt nghiệp ngành hóa học, và Sean Collins, cựu nghiên cứu sinh Carl và Lillian Illig tại Rice, là tạo ra các nanoanten lai với khả năng truyền năng lượng tối đa từ lõi kim loại của chúng sang một lớp phủ polyme.
Họ đã tìm ra cách để phủ các hạt nano vàng trên một giá đỡ điện hóa bằng một loại polymer dựa trên niken, nhạy sáng. Khi được kích hoạt bởi ánh sáng, năng lượng từ các plasmon của vàng truyền vào lớp phủ trong khi điện thế áp dụng trong tế bào điện hóa tạo ra sự trùng hợp mới từ các monome trong dung dịch, làm tăng gấp đôi kích thước lớp phủ. Kết quả lai làm giảm sự tán xạ ánh sáng từ các plasmon bằng cách truyền năng lượng vào vỏ polyme.
Các hạt polyme vàng được nghiên cứu có kích thước khoảng 35 x 85 nanomet trước khi trùng hợp và gấp đôi sau đó. Ở đỉnh cao trong các thí nghiệm và mô phỏng, chúng mang lại hiệu suất 50% trong việc truyền năng lượng từ hạt nano đến lớp phủ, tốt hơn 20% so với điểm chuẩn trước đó.
Collins, hiện là kỹ sư quy trình in thạch bản tại Intel, cho biết: “Các nanoanten và polyme trông rất giống nhau nếu chỉ đơn giản dùng phương pháp đo quang phổ ánh sáng mà chúng hấp thụ. Tuy nhiên, chúng thực sự hấp thụ ánh sáng theo những cách hoàn toàn khác nhau và mánh khóe là làm cho hai cơ chế đó hoạt động cùng nhau. Nanoantenna tạo ra một mạng lưới khổng lồ để kéo năng lượng ánh sáng vào và chia sẻ phần lớn lực bắt vào polyme "đói", tạo ra polyme nhiều năng lượng hơn so với khi chỉ có một mình."
"Mục tiêu là có thể tạo ra một thư viện của các hệ thống này," cô nói. "Tùy thuộc vào ứng dụng, chúng tôi muốn thay đổi quang phổ để có hiệu suất năng lượng cao nhất. Có rất nhiều thứ khác nhau để điều chỉnh, chắc chắn."
Cô Collins cho biết thêm: “Nếu chúng ta hy vọng khai thác tiềm năng của các vật liệu nano mới vào ứng dụng trong tương lai, thì điều quan trọng là phải hiểu cách các quá trình cơ bản như truyền năng lượng thúc đẩy các đặc tính vật liệu của chúng ở cấp độ nano và vĩ mô."
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201222132000.htm
Trần Hà (Theo ScienceDaily)
