金纳米颗粒嵌入PVDF薄膜的热等离子体特性：纳米级热生成的稳健平台

《Materials Today Nano》：Thermo-plasmonic properties of gold nanoparticles embedded PVDF films: Robust platform for nanoscale heat generation

本文系统探讨了金纳米颗粒（Au NPs）与聚偏氟乙烯（PVDF）聚合物基质复合薄膜的制备及其热等离子体性能。研究通过调控纳米颗粒形貌（球体、纳米棒、纳米星）与浓度，实现了可调谐的纳米级光热转换，并结合实验（红外热成像）与模拟（FDTD-HEAT）验证了等离子体耦合热点在癌症光热治疗、生物传感及能源转换等领域的应用潜力。

　　

Section snippets

Chemicals

实验所用化学品包括：氯金酸三水合物（HAuCl₄·3H₂O，纯度≥99.9%）、硝酸银（AgNO₃，99.9999%）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，分子生物学级≥99%）、硼氢化钠（NaBH₄，98%）、L-抗坏血酸（99+%）、柠檬酸钠二水合物（≥99%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，平均分子量10k Da）以及聚偏氟乙烯-共-六氟丙烯（PVDF-HFP，平均分子量约400,000，颗粒状），均购自Sigma-Aldrich公司。

Results and discussion

通过将PVDF溶解于丙酮并室温蒸发过夜，成功制备出多孔无色纯PVDF薄膜（图1a）；而嵌入金纳米颗粒的复合薄膜则呈现无孔结构，且颜色因纳米颗粒形貌各异而呈现不同色调（图1b）。不同形貌的金纳米结构薄膜在可见光区表现出独特的吸收特性（图1c）。合成金纳米颗粒的光谱与显微表征结果进一步揭示了其等离子体特性与结构关联。

Conclusions

研究通过化学还原法成功合成了多种形貌的金纳米颗粒，并利用光学光谱与电子显微镜明确了其等离子体与结构特征。通过简易的溶液加工法将金纳米颗粒嵌入PVDF聚合物基质，制备出柔性纳米复合薄膜，证明了该薄膜具备可扩展性。等离子体耦合热点在光激发下高效产生纳米级热能，其热效应受颗粒形貌与间距调控。有限元热模拟（FDTD-HEAT）与实验数据高度吻合，为纳米热力学机制提供了理论支撑。