等離子體研究致力於以遠小於光（例如金屬奈米粒子）波長的尺寸來分析光與物質之間的相互作用。這種相互作用可以與各種形式的能量和訊號（例如熱能和光譜）相關聯。在工業應用及生物醫學領域，等離子體技術的研究工作範圍包括合理設計和精確合成奈米結構，以便揭示和可靠地調節新穎有用的等離子體效能（例如表面增強的光譜學和光熱效應），最終獲得並利用等離子體功能。
等離子材料具有巨大的潛力，材料的多功能性將為化學的各個子領域中的許多重要挑戰提供新的或改進的解決方案，包括奈米顆粒化學催化反應，表面增強拉曼散射，光伏，感測，生物化學和治療學等。此外，可以透過基於材料或奈米級特性的化學（即奈米化學）解決與等離激元學的進展和應用相關的許多障礙和問題，而化學原理和方法可以為等離激元學提供新的研究方向。
奈米化學使科學家能夠開發出精確的方法來高精度地合成奈米結構，並提供了功能化和分析複雜的等離激元奈米結構（例如，異質結構奈米顆粒）的工具。因此，等離子體技術在奈米化學方面的最新進展對等離子體技術的正確使用和實際應用產生了重大影響，而等離子體技術又為化學過程提供了新的途徑和工具。化學奈米等離子體技術領域包括奈米技術的研究，以促進等離子體技術的發展，以及使用等離子體技術解決化學領域的關鍵問題和挑戰。
一、三維表面增強拉曼散射平臺：大規模等離子用於感測，微反應和資料儲存的新應用
表面增強拉曼散射（SERS）是一種分子特定的光譜技術，使用奈米級0D到2D平臺，可提供多達10 10倍的簽名拉曼指紋增強。最新研究基於基質和無基質的3D等離子體平臺庫，重點介紹了它們作為微實驗室和資料儲存標籤的非感測應用。
基於基質的SERS平臺的一大亮點是由微米厚度的等離激元粒子組裝體構建的多層平臺，該平臺可實現高達10 11的增強因子。作為替代方案，在非等離子支架上構造3D熱點可顯著減少等離子材料的浪費，同時在結構設計中具有很高的靈活性。然後介紹新興的無底物等離激元膠囊，包括液體大理石和膠體，然後將它們進一步整合到氣溶膠中，形成釐米級的SERS活性等離激元雲，這是迄今為止世界上最大的3D SERS平臺。
實驗結果顯示只有同時增強3D SERS的感測能力，才能進一步開展研究。憑著這一結論作者預見將建立在感應和非感應領域均表現出色的高度適用的3D SERS平臺，為正在進行的第四次工業革命提供現代解決方案。
二、病毒大小的金奈米棒：可用於生物的等離子粒子
等離子體是奈米級金屬中導帶電子的集體振盪，是膠體金和銀奈米晶體中眾所周知的現象，膠體金和銀奈米晶體在這些材料中產生取決於奈米晶體尺寸和形狀的鮮明可見顏色。
根據最新研究結果表明，即使最大的配體密度發生在最小的奈米晶體上，這些配體頭基透過NMR弛豫研究判斷出最易移動。浸入生物流體後，球形和棒狀奈米晶體周圍會形成生物分子電暈。這些蛋白質和脂質可以定量，它們的吸附程度取決於奈米晶表面化學性質以及吸附生物分子的生物物理特性。
蛋白質在奈米晶體上的光熱吸附和解吸取決於蛋白質與奈米晶體表面相互作用的焓，導致奈米晶體附近蛋白質濃度的光觸發改變。在細胞尺度上，金奈米晶體在mRNA水平上發揮遺傳變化，具有多種可能的機制，包括改變區域性生物分子濃度梯度，改變細胞外基質的機械特性以及關鍵細胞過程的物理中斷（即使沒有等離子體）效果。
微生物無論是有機的還是環境的，都是奈米材料與自然生物系統接觸的可能第一點。我們預測和控制微生物與奈米晶體的相互作用方面看到了一個主要的科學前沿，而等離子體相互作用可能會增強這種相互作用。具有多種可能的機制，包括改變區域性生物分子濃度梯度，改變細胞外基質的機械特性，以及關鍵細胞過程的物理中斷（甚至沒有等離子體效應）。微生物，無論是有機的還是環境的，都是奈米材料與自然生物系統接觸的可能第一點。
三、一種奈米等離子體金屬中相對較新的金屬鎂的重要作用
在過去的十年中，人們對動態控制等離子體奈米結構的光學特性表現出極大的興趣。為了實現動態功能，已經提出並實現了幾種方法。例如在可拉伸的基板上或可程式設計的模板上製造等離激元奈米結構，從而可以動態地改變組成金屬奈米顆粒之間的相互作用以及等離激元系統的光學響應。同樣等離子體奈米結構可以嵌入可調電介質材料中，利用區域性表面等離子體共振對鄰近環境的敏感依賴性；另一種最有趣的方法是直接調節金屬本身的載流子密度和介電功能。
近年來，納米制造技術的進步為圖案化具有受控大小，形狀，組成和表面形態的鎂奈米粒子提供了巨大的機會。這也使大量研究基於鎂的等離子體奈米結構成為可能。
結果表明，與Al，Fe和Ti合金化的Mg膜可增強反應動力學，經過100次吸收/解吸迴圈後未觀察到效能下降。迄今為止，基於鎂的動態奈米器件已用於等離子手性切換，動態彩色顯示和超表面元素中。這只是瞭解了Mg可以提供的機會。有許多有趣的主題值得研究。
例如，Mg奈米粒子的平面外膨脹高達30％。提供了一個獨特的模型系統，可實現具有奈米級機械響應的等離子裝置。同樣，Mg可用於可切換非線性效應的研究，提供一個量身定製的平臺來檢查非線性等離子體激元中有趣的增強和對稱性問題。此外，Mg可以應用於等離子體感測，其不僅限於氫的檢測。相反，它可以擴充套件以提供用於可調錶面增強拉曼散射，熒光，紅外吸收等的通用動態平臺。尚未解決的挑戰和新的科學探索將激發基於鎂的動態奈米等離子體激元及其相關應用的激動人心的持續研究。
四、等離子體超晶：里程碑開發了種子介導的生長方法
數十年來，等離子體奈米顆粒由於其與區域性表面等離子體共振相關的非凡特性而被廣泛研究。該領域的一個里程碑是開發了所謂的種子介導的生長方法，該方法是一種合成途徑，可提供特定的尺寸，幾何形狀和組成的多種多樣的金屬奈米顆粒。
等離子體奈米顆粒的組裝產生耦合/雜交效應，其強烈依賴於顆粒間的間距和取向，產生極高的電場（熱點）限制在顆粒間的間隙。因此，將等離激元奈米粒子元件用作光學感測器已導致改善了對多種（生物）分子和離子的檢測極限。重要的是，在高度有序的等離激元陣列的情況下，可以產生其他新穎而獨特的光學效果。實際上，透過將奈米顆粒組裝成高度有序的體系結構，已經開發出了新的功能材料，範圍從薄膜（2D）到膠體晶體或超晶體（3D）。3D超晶的設計和製造進展可以為下一代等離子感測器，光催化劑，光磁元件，超材料等鋪平道路。