Go to content
SV På svenska

Plastic Plasmonics

Reference number
RMA15-0052
Project leader
Langhammer, Christoph
Co-appliant
Erhart, Paul
Hellman, Anders
Moth-Poulsen, Kasper
Müller, Christian
Start and end dates
160501-210630
Amount granted
28 911 914 SEK
Administrative organization
Chalmers University of Technology
Research area
Materialvetenskap och materialteknologier

Summary

Nanoparticles supporting localized surface plasmon resonance provide an ideal toolkit for the realization of a wide range of fascinating novel technologies, including optical bio- and chemosensors, enhanced photovoltaic and photocatalytic devices and optical metamaterials. However, their large-scale practical implementation in real devices is still widely lacking due to inexistent flexible and scalable materials synthesis and processing routes for cheap device integration. In response to this challenge we will establish a new class of materials – Plastic Plasmonic Hybrids (PPH). They consist of wet-chemically synthesized plasmonic nanoparticle arrangements with tailored structural, optical and chemical properties, which are dispersed at the nanoscale in a polymer matrix for ease of processing into real devices by 3D printing or melt processing. At the same time, the polymer matrix can have other functions. Specifically, in the project we will develop and utilize it as selective membrane to prevent ageing/corrosion of the embedded nanoparticles and facilitate their selective interaction with desired molecular species in our targeted demonstrator application of PPHs: plug-and-play fiber optic sensors for hydrogen sensing and NO2 pollution monitoring in urban air. In this way this project strives to deliver the urgently needed breakthroughs for commercially viable functional plasmonic nanomaterials and their large scale processing into cheap devices.

Popular science description

För riktigt små metallpartiklar uppträder en mängd fenomen som man inte kan se hos större objekt. Till exempel, kan den starka kopplingen med ljus ge upphov till resonanser hos partiklarnas elektroner, så kallade plasmoner. Den snabba utveckling som sker just nu kring plasmoniska nanopartiklar bygger till stor del på välkontrollerade och exakta men samtidigt långsamma och komplexa tillverkningsmetoder för funktionella nanostrukturer på ytor, så som nanolitografi. Dess stora nackdel är att de i många fall hindrar möjligheten för processuppskalning till en industriell nivå eller gör en sådan väldigt dyr. Därför finns det ett stort behov för nya syntesmetoder för nanopartiklar som kan kombineras med kontinuerliga och snabba produktionsprocesser för integration av ”nanoplasmonik” i nya tekniska enheter men också i befintlig teknologi så som solceller. För att möta denna utmaning introducerar vi i detta projekt en ny klass av material, ett hybrid plasmon-plast material, som kombinerar plasmonaktiva metallpartiklar och polymerer (plast). Tillverkningen av partiklarna sker med hjälp av våtkemiska syntesmetoder där vi tidigare har visat att man kan kontrollera funktionaliteten hos metallpartiklarna med hög precision. Dessa blandas senare med polymerer som ger bättre stabilitet eftersom de fungerar som ett skyddande och selektivt membran. Dessutom ger de möjlighet att använda nya spännande tillverkningsmetoder så som 3D-printing för att enkelt och kostnadseffektivt tillverka olika enheter på en industriell skala. För att visa hur våra nya material och deras tillverkning ger en kraftig konkurrensfördel jämfört med andra teknologier kommer vi att utveckla ”plug-and-play” vätgas och NOx sensorer eftersom det finns ett stort behov av billiga gassensorer för att kunna hantera olika samhällsutmaningar. Exempelvis introduktionen av bränslecellsbilar kräver bättre vätgassensorer och med allt större koncentration av urbana miljöer ställs krav på snabb utvärdering av den lokala luftkvalitén för att kartlägga hälsopåverkan. På lång sikt, eftersom våra plasmon-plast material inte är begränsade till tillämpning i sensorer utan även kan även användas för en effektiv produktion av diverse andra enheter där nanostora metallpartiklar står för funktionaliteten och polymererna möjliggör effektiv och skalbar tillverkning, är projektet ett viktigt steg för att nå en produktion av funktionella nanomaterialsystem och deras integration i olika produkter på en industriell nivå.