Maior nem sempre é melhor, mas aqui está algo que começa pequeno e fica melhor conforme fica maior.

Basta iluminar e ver.

Uma equipe liderada pelos químicos Christy Landes e Stephan Link da Rice University, ambos associados ao Smalley-Curl Institute, fizeram partículas híbridas que combinam as propriedades imbatíveis de coleta de luz das nanopartículas plasmônicas com a flexibilidade dos revestimentos de polímero catalítico. Seu trabalho pode ajudar a impulsionar as aplicações de plasmonic em eletrônica, imagem, sensoriamento e medicina.

Plasmons são ondulações detectáveis ​​de energia criadas na superfície de alguns metais quando excitados pela luz ou outra entrada. As nanoantenas são pedaços microscópicos desses metais, como ouro, prata e alumínio. Porque eles são sensíveis a entradas específicas, dependendo de seu tamanho, forma e tipo, eles são ajustáveis ​​e, portanto, úteis como sensores, agentes de bioimagem e até mesmo como terapêutica.

O objetivo da autora principal Emily Searles, um estudante de graduação em química, e Sean Collins, um ex-Carl e Lillian Illig Postdoctoral Fellow na Rice, era criar nanoantenas híbridas com transferência máxima de energia de seus núcleos de metal para um revestimento de polímero.

Eles descobriram uma maneira de revestir nanopartículas de ouro em um suporte eletroquímico com um polímero à base de níquel. Quando acionado pela luz, a energia dos plasmons do ouro flui para o revestimento, enquanto o potencial aplicado na célula eletroquímica induz nova polimerização de monômeros em solução, dobrando o tamanho do revestimento. O híbrido resultante amortece a dispersão de luz dos plasmons, transferindo energia para o invólucro do polímero.

"A esperança é que, porque colocamos a energia no polímero, agora podemos aproveitar essa energia para reagir com outras moléculas na superfície da interface suave, "Searles disse." Não há reações incluídas neste artigo, mas é para lá que queremos ir. "

O estudo foi publicado na revista American Chemical Society ACS Nano .

As partículas de polímero de ouro estudadas mediam cerca de 35 por 85 nanômetros antes da polimerização e o dobro disso depois. No auge de experimentos e simulações, eles entregaram 50% de eficiência na transferência de energia da nanopartícula para o revestimento, 20% melhor do que o benchmark anterior.

Os experimentos envolveram colocar partículas individuais revestidas em um eletrodo de óxido de índio e estanho sob um microscópio de imagem de campo escuro hiperespectral para registrar seus espectros de dispersão.

Os pesquisadores sabiam de dois caminhos possíveis para transferir a energia da luz entre os metais e o revestimento de polímero:transferência de carga e energia ressonante.

"Esses novos híbridos, explorando caminhos de transferência de energia, poderia resolver dois desafios atuais com fotocatálise plasmônica, "Link disse." Primeiro, as eficiências costumam ser baixas porque a transferência de carga é lenta em comparação com outros processos concorrentes.

"Segundo, a transferência de carga geralmente requer uma contra-reação sacrificial ou o catalisador é envenenado ao longo do tempo, ", disse ele." Esses híbridos baseados em transferência de energia eliminam a necessidade de uma reação sacrificial porque tanto a transferência de elétrons quanto de lacunas ocorrem simultaneamente. "

O primeiro desafio foi descobrir qual polímero era o melhor para levar energia daqui para lá.

"As nanoantenas e o polímero parecem muito semelhantes se você simplesmente medir o espectro de luz que absorvem, "disse Collins, agora é engenheiro de processo de litografia na Intel.

"Contudo, eles estão, na verdade, absorvendo a luz de maneiras completamente diferentes e o truque é fazer com que esses dois mecanismos funcionem juntos. A nanoantena lança uma enorme rede para puxar a energia da luz e compartilha a maior parte da captura com o polímero faminto, dando ao polímero muito mais energia do que ele poderia colher sozinho. "

A equipe determinou o dipolo de ressonância plasmônica no ouro e as transições dipolo elétricas no polímero de níquel alinhado quando disparado com luz, fornecer um caminho para os portadores de carga migrarem do polímero.

"A energia no polímero se dissipa depois de um tempo, mas não parece retornar ao ouro, "Disse Searles.

O revestimento de polímero atinge um ponto de retorno decrescente, ela disse. "Descobrimos que há uma espécie de lugar feliz onde você não verá mais nenhuma transferência de energia, "Searles disse." O polímero que você está adicionando está muito longe da nanopartícula.

Todas as variáveis ​​entre a entrada de luz, a configuração de nanopartículas e o polímero manterão Searles ocupada por anos enquanto ela pesquisa aplicações práticas.

“O objetivo é poder criar uma biblioteca desses sistemas, "disse ela." Dependendo da aplicação, queremos mudar o espectro para ter a maior eficiência energética. Há muitas coisas diferentes para ajustar, com certeza."

Landes enfatizou a importância de uma equipe colaborativa, bem como a capacidade de combinar novas ferramentas de imagem e espectroscopia ao projeto.

"Se esperamos aproveitar o potencial de novos nanomateriais em aplicações futuras, é crucial entender como tais processos fundamentais, como transferência de energia, conduzem as propriedades de seus materiais em nano e macroescalas, "ela disse." Esses esforços são maiores do que podem ser realizados por um único método ou um único laboratório. "