Plastic Plasmonics
- Diarienummer
- RMA15-0052
- Start- och slutdatum
- 160501-220630
- Beviljat belopp
- 28 133 791 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Plasmoniska nanopartiklar kan användas för en mängd nya produkter, t.ex. optiska sensorer, effektivare solceller, och optiska metamaterial. Det är dock i många fall mycket svårt eller omöjligt att uppnå en industriell masstillverkning av ovanstående teknologier till rimligt pris med dagens nanofabrikationstekniker. Som lösning till detta problem kommer vi att utveckla en ny klass av material – ett hybrid plasmon-plast material. Materialet består av plasmonaktiva nanopartiklar med väl valda strukturella, optiska och kemiska egenskaper anpassade till tilltänkt tillämpning och tillverkade med hjälp av specifikt framtagna våtkemiska syntesmetoder. Partiklarna vävdas sedan in i en polymermatris som möjliggör en snabb tillverkning av olika produkter genom t.ex. 3D-printing eller någon gjutningsprocedur. Dessutom kommer polymererna möjliggöra nya funktioner is samspel med nanopartiklarna. I projektet kommer vi utnyttja polymerernas möjlighet att fungera som ett selektivt membran och därmed se till att endast relevanta molekyler når fram till de plasmoniska nanopartiklarna. Detta är speciellt viktigt i vårt demonstrationsexempel: plug-and-play optiska sensorer för mätning av vätgas i bränslecellapplikationer och för kontinuerlig mätning av NO2 i olika urbana miljöer. Sammanfattningsvis kommer projekt uppnå ett efterlängtat genombrott för kostnadseffektiv och storskalig tillverkning av plasmonaktiva material och deras integration i nya produkter.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.