一种酸性气体响应的高弹性可拉伸白色荧光纳米纤维膜的制备方法技术

一种酸性气体响应的高弹性可拉伸白色荧光纳米纤维膜的制备方法，属于纤维技术领域。本发明专利技术利用静电纺丝技术，分别在Janus结构的纺丝针头通道中加入含有不同荧光物质的弹性聚合物纺丝液，通过控制温度、湿度，制备得到具有Janus结构的可拉伸荧光纳米纤维膜。利用白色荧光发射的供体‑受体荧光共振能量转移机理，借助Janus结构的空间隔离与纳米纤维膜多孔结构的大比表面积，得到高效发射白色荧光的纳米纤维膜。本发明专利技术制备得到的Janus结构白色荧光纳米纤维膜具有可拉伸、可卷曲和可裁剪的特性，由于蓝光分子采用吡嗪类衍生物在酸性条件下易发生质子化，产生光色变化。在酸性气体环境下产生颜色响应，用于挥发性酸的气体检测。

【技术实现步骤摘要】
一种酸性气体响应的高弹性可拉伸白色荧光纳米纤维膜的制备方法
本专利技术涉及酸性气体响应的高弹性可拉伸Janus结构的多孔纳米纤维膜的制备及相应的荧光颜色的调控，是利用双针并排静电纺丝技术来制备一种白色荧光可拉伸的多孔纳米纤维膜的方法，属于纳米纤维

技术介绍
发光材料是指能够以某种方式吸收能量，并将其转化成光辐射的物质。荧光作为一种普遍的光致发光现象，当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，物质中的电子将吸收能量，从基态能级跃迁至高能级态，由于电子位于高能级时处于不稳定状态，很快就会从高能级向低能级跃迁，并释放出能量同时发射出各种颜色和不同强度的可见光。只有在激发光照射下，才能实现电子跃迁发光。这种在激发光诱导下产生的发射光称为荧光，能发出荧光的物质称为荧光物质。荧光物质需具备两个必要条件:一是该物质的分子结构中含有能吸收激发光并将其转换的化学结构，如共轭双键；二是该分子应当有较高的光致发光效率(荧光物质吸光活化后所发射的荧光光子数与吸收的激发光的光子数的比值)。能够使分子具有荧光效应的基团称为发色团，常见的是＝C＝O、-N＝N-、-CH＝N-，而-NH2、-NHR、-OR等基团能使吸收波长改变并伴随荧光增强称为助色团。近几年白色荧光材料由于在新型固态照明、平面显示、液晶显示等背光源领域有着较大的应用潜力，成为了一个研究热点，特别是生产、生活中所应用中的各种颜色的荧光，都可以通过荧光转换层的方式间接获得。目前，随着人类对生存环境的要求逐渐提高，能耗高、污染大、难再生的无机荧光粉正逐渐被新型高效的白光材料取代。构筑白色荧光转换层也将避免复杂的封装、点胶过程，将更加适合新型白光材料的制备。白光光源主要通过两种方式实现：i)多芯片组合：利用红、绿、蓝三基色芯片或发光管组装成一个像素，复合实现白光。这种方式获得的白光适应性好，具有高显色指数，但存在技术要求和生产成本问题；ii)光转换材料与单芯片配合：利用蓝光或近紫外芯片为激发光源，激发其他发光材料复合实现白光。而通过单个荧光分子实现白光发射需要复杂的合成反应。这种方法优势的在于制备成本低、封装工序简单、适宜商业化，并已成为当下最成熟的WLEDs技术。荧光转换层由供体-受体能量转移复合体系构成，因其较高的发光效率，已成为实现调控白光的主要途径。通常供体-受体系统中处于高能级分子吸收外部提供的激发光的能量，完成自身的荧光发射，同时供体荧光分子将吸收的部分能量通过Forst能量转移传递给低能级的受体荧光分子，受体分子吸收能量并激发荧光发射或增强。最终通过红绿蓝三基色荧光分子的精确调控，或者一种三原色与其互补色构筑能连转移体系，经过叠加效应混合获得白光或其他光色的发射。能量转移体系白光发射的实现，需要保证荧光物质之间有一定的空间隔离，当两种不同的荧光分子距离大于Forst能量转移半径时，才可避免荧光物质间能量转移导致的荧光猝灭。各光色的发射峰都明显出现，且按一定强度比例搭配时才可以得到白色荧光。因此，制备白光发射材料，需要合理调配荧光物质的含量，并对荧光分子进行一定的空间隔离。静电纺丝技术作为一种高效的纳米材料制备手段，工艺简单、价格低廉，适用于制备各种高性能有机或无机材料，并且得到的纳米纤维尺寸均匀，在过滤、传感、能源、催化、生物医学等领域都有着良好的应用前景。特别是，纳米纤维在光电材料器件方面展现出得天独厚的应用优势，通过向纳米纤维中掺杂荧光染料、共轭聚合物、稀土类化合物或量子点等可轻松获得高孔隙、高比表面、质量轻、厚度薄、柔性可弯曲、可任意剪裁的荧光纳米纤维膜。它作为一种无需粘结剂的荧光材料，不存在老化、分散等困扰传统荧光材料发展的基本问题。利用静电纺丝制备荧光转换材料，可根据荧光材料的物化性质进行定制，从而能够获得种类丰富，结构多样，性能稳定的荧光纳米纤维膜。一般利用单针静电纺丝获得的电纺纳米纤维只能将多种掺杂剂混纺在同一聚合物基体中，很难实现多种荧光分子的空间分离，容易导致过度的能量转移从而猝灭的现象，给光色调控带来困难，不能制备出理想的荧光纳米纤维膜。Janus材料是指具有不同分区组成或者性质差异的两相异质微结构材料。因其特殊的结构特性和多功能特性，近年来在光电器件、电催化、油水分离、药物载体等领域有着较大应用潜力。利用两根分别装有不同组分纺丝液的注射器针头相互接触并排纺丝可以简单制备Janus纳米纤维。纺丝液在空气中逐渐固化形成双组份并排的异质纳米纤维，同时实现多功能复合。热塑性弹性体作为一种透明性好，耐磨损、耐腐蚀，高弹性的热塑性材料，在汽车、生物、服饰、电子等领域有着重大应用前景。作为电纺丝的基体聚合物，通过掺杂可以简单制备功能性可拉伸的柔性纳米纤维膜。四苯基吡嗪衍生物作为一种具有聚集诱导发光效应的小分子，其在低浓度的溶液状态发光微弱甚至不发光，而在聚集状态或高浓度下具有较强荧光发射。吡嗪分子在酸性条件下易发生质子化导致发光颜色改变。可拉伸白光纳米纤维作为一类具有纳米尺度的柔性发光材料,由于其制备成本低、易于加工、使用方式灵活、具有其他传统白光材料无法比拟的优势而深受关注。其柔性基体使它适用于多种场景，高弹性赋予它更宽广的适应领域。随着5G通信技术的发展，人工智能将取得巨大进步，可拉伸白光材料必然在光电器件、柔性显示、传感器等众多领域得到全面应用，推动柔性设备，智能织物，健康管理等新兴产业的快速发展。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供制备一种酸性气体响应的高弹性可拉伸白光纳米纤维膜的方法。所述技术方案如下：为达到上述目的，本专利技术提供了一种高弹性可拉伸白光纳米纤维膜的制备方法，使两个针头紧密并排，通过一个硬管套在两个针头上使其固定，硬管比针头末端略长1-2mm。纺丝液在硬管末端合流并在静电场下形成泰勒锥，通过调节纺丝参数，控制纺丝环境温度、湿度、接收距离，使得出丝液溶剂蒸发并迅速固化，稳定连续地获得异质结构沿纤维轴向的Janus纳米纤维；利用并排静电纺丝的方法，分别在两个注射器中分别加入一种不同荧光物质的聚合物纺丝液，调节静电纺丝参数并控制纺丝环境的温度、湿度，可以制备出直径均匀、且具有一定排列取向、可图案化控制、高弹性的荧光纳米纤维膜。本专利技术简单设计并组装静电纺的设备，以一种或两种不同聚合物作为基体分别掺杂不同的荧光物质作为纺丝液；通过调节纺丝参数，控制纺丝环境温度、湿度、接收距离，稳定连续地获得异质结构沿纤维轴向长度方向的Janus纳米纤维，利用Janus结构带来的空间隔离效应，使得不同的荧光分子位于平行于纤维轴向面的面两侧，控制荧光能量转移，并结合上述纳米纤维膜的多孔结构带来的大比表面积提高纤维有效发光面，最终实现纳米纤维荧光颜色的调控与白色荧光的高效发射。具体地，所述的纳米纤维基体聚合物包括聚氨酯(PU)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)尼龙弹性体等可用于静电纺的聚合物，使用的有机溶剂为与聚合物对应的良溶剂(如：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)、甲酸)。具体地，所述的荧光物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，利用两个针头紧密并排，通过一个硬管套在两个针头上使其固定，硬管比针头末端略长1-2mm，纺丝液在硬管末端合流并在静电场下形成泰勒锥。使用并排静电纺的方法，通过调节纺丝参数，控制纺丝环境温度、湿度、接收距离，使得出丝液溶剂蒸发并迅速固化，稳定连续地获得异质结构沿纤维轴向长度方向的Janus纳米纤维；利用并排静电纺丝的方法，分别在两个注射器中分别加入一种不同荧光物质的聚合物纺丝液，调节静电纺丝参数并控制纺丝环境的温度、湿度，可以制备出直径均匀、且具有一定排列取向、可图案化控制、高弹性的荧光纳米纤维膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，利用两个针头紧密并排，通过一个硬管套在两个针头上使其固定，硬管比针头末端略长1-2mm，纺丝液在硬管末端合流并在静电场下形成泰勒锥。使用并排静电纺的方法，通过调节纺丝参数，控制纺丝环境温度、湿度、接收距离，使得出丝液溶剂蒸发并迅速固化，稳定连续地获得异质结构沿纤维轴向长度方向的Janus纳米纤维；利用并排静电纺丝的方法，分别在两个注射器中分别加入一种不同荧光物质的聚合物纺丝液，调节静电纺丝参数并控制纺丝环境的温度、湿度，可以制备出直径均匀、且具有一定排列取向、可图案化控制、高弹性的荧光纳米纤维膜。


2.根据权利要求1所述的一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，稳定持续地得到每根都具有Janus结构的纳米纤维，利用Janus结构带来的空间隔离效应控制荧光能量转移，形成纳米纤维膜多孔结构的大比表面积提高纤维有效发光面，最终实现纳米纤维荧光颜色的调控与白色荧光的高效发射。


3.根据权利要求1所述的一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，聚合物选自热塑性聚氨酯(TPU)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物(SBS)、等可用于静电纺丝的弹性聚合物，有机溶剂为与聚合物对应的良溶剂，优选四氢呋喃(THF)、N’N-二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷(DCM)等。


4.根据权利要求1所述的一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，荧光物质为荧光强度高、荧光颜色纯度高的蓝、橙荧光物质，一个注射器中为蓝色荧光物质，另一注射器中为橙色荧光物质。


5.根据权利要求4所述的一种酸性气体响应的高弹性可拉伸的白色荧光纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，蓝色荧光物质选自四苯基吡嗪衍生物、蒽衍生物、吖啶衍生物、聚芴类等，橙色荧光物质选自四苯基乙烯衍生...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘凯，赵世坤，秦臻，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11