静电纺丝法制备一维聚合物—有机小分子复合纳米纤维及其性能研究

发布时间：2019-07-19 15:29

【摘要】：一维纳米材料具有维数低、长径比大和物理性能优越于普通固体材料的特点,并具有其它一些零维和二维纳米材料不具有的新特性和新效应,包括光开关效应、场发射效应、热电效应等。因此,关于一维纳米材料的研究是近期材料研究领域的热点课题。一维纳米材料包括纳米管、纳米线、纳米带、纳米棒、纳米纤维等。静电纺丝方法是能连续制备一维纳米纤维的有效手段。采用静电纺丝方法能获得多种不同形态的纳米纤维。近年来,在材料功能化,光电子器件微型化的发展趋势下,复合纳米纤维的制备和性能研究备受关注。有机小分子材料具有特有的结构和功能的多样性、易裁剪性,在激光、光电二极管、传感器、荧光分析、信息化学等领域具有广泛的应用前景。因此,本论文采用直接掺杂的方式将有机小分子和聚合物复合,再以静电纺丝方法作为技术支持手段,制备了聚合物-有机小分子复合纳米纤维,研究了其光致发光及光电性能,为研究聚合物-有机小分子复合光电子器件提供了坚实的理论依据。本论文的主要内容包括: (1)采用静电纺丝方法获得了掺杂两种有机小分子1,3,5-三苯基-2-吡唑啉(TPP)和4-(二腈亚甲叉) -2-甲基-6-(4-二甲胺基-苯乙烯)-4H-吡喃(DCM)的发光可调的聚环氧乙烷(PEO)-TPP/DCM复合纳米纤维。制备的PEO-TPP/DCM复合纳米纤维表面光滑,平均直径约200nm。利用激发光谱、发射光谱、荧光寿命、荧光显微镜图像等多种现代测试手段表明了复合纳米纤维中存在从TPP到DCM的有效的F?rster能量转移。通过对TPP和DCM摩尔比的改变,实现了复合纳米纤维的发光颜色从蓝色到橙色的调控。当TPP和DCM的摩尔比为1/0.02,复合纳米纤维发射白光。 (2)采用静电纺丝方法获得了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-蒽复合纳米纤维。SEM图像、TEM图像及AFM图像显示复合纳米纤维表面光滑,蒽和PVP相容性很好,蒽均匀分散在PVP中。光谱分析结果表明,PVP-蒽复合纳米纤维跟蒽固体体相材料相比,蒽晶体聚集度降低,发光更强、荧光寿命更长、热稳定性更好。PVP-蒽复合纳米纤维表现出介关状态的发光性质,最强发射峰位置和蒽激基缔合物的发射都跟PVP浓度无关,主要决定于PVP和蒽的质量比。 (3)有报导以p型材料聚对苯乙炔(PPV)和n型材料富勒烯制成的p-n型PPV-富勒烯(C60)一维复合纳米纤维器件表现出良好的光电响应。但富勒烯溶解性很差,不溶于一般的有机溶剂,这一定程度上影响进一步改善一维复合纳米纤维器件性能。因此,本文以富勒烯为原料合成了水溶性富勒烯衍生物富勒醇,将它的水溶液直接掺杂到以对氯苄和四氢噻吩为原料合成的PPV前驱物乙醇溶液中,经过静电纺丝及高温烧结过程获得了PPV-富勒醇复合纳米纤维,并制作了PPV-富勒醇复合纤维光电响应器件。光电响应测试结果表明,PPV-富勒醇复合纳米纤维器件具有明显的光生电流作用。
【图文】：

Figure6. Schmatic of electrospinning apparatus[25].图 6. 静电纺丝装置示意图[25].6是典型静电纺丝装置示意图[25]。它主要包括三个部分：静电高压电源、和细喷管组成的喷丝装置、收集装置。液体包括高分子熔体或溶液。静电压是可调的，可调范围一般为几千伏到几万伏。液体储存器和细喷管是连喷丝装置由注射器和内径为0.7-1mm 的毛细管组成。收集装置为连地线的。纺丝前先将电源的正负极分别连接在喷丝装置和收集装置。正极可以直的细管，也可以将连接正极的能导电的电丝（如铜丝）直接插入液体储存置安装在喷丝装置的正面位置。开启高压电源，此时收集装置和细喷管之的电场，同时储存器中的高分子熔体或溶液带电。电压调到一定程度时，锥状即Taylor锥，将电压继续调大，当电场力超过液体表面张力的临界值面张力形成射流。射流到达收集板之前经过加速、不规则性螺旋运动、溶，最终固化形成直径为小至几纳米大至几微米的纤维，落在收集板上。

SLPF甲酸溶液在不同浓度下静电纺丝沉积物的扫描电子显微镜图像(a)0.8wt.%,(b)4.1

. SEM images of electrospun SLPF with different polymer concentrations in formic acwt%, (b) 4.1 wt%, (c) 8.1 wt%, (d) 12.1 wt%[26].. SLPF甲酸溶液在不同浓度下静电纺丝沉积物的扫描电子显微镜图像(a) 0.8 wt.%c) 8.1 wt.%, (d) 12.1 wt%[26].uchko等[26]研究了蛋白质SLPF/甲酸溶液的静电纺丝，图7显示了他们在KV/cm，，收集距离为2cm，在不同浓度SLPF甲酸溶液条件下所获得的沉。当低浓度0.8 wt%时，溶液的黏度低，纺丝溶液射流在电场作用下分（a）所示，看不到纤维。当浓度为4.1 wt%时，依然得到液滴，但跟浓，沉积的液滴带有一些纤维状的粗糙物，如图7（b）所示。当浓度增加积物的形态变为纤维加微粒，如图7（c）所示。当浓度继续增加为12液具有足够的的黏度，静电纺丝过程中射流高度拉伸成丝，而不会破裂基本由光滑的纤维组成，结果如图7（d）所示。、纺丝条件一) 电压
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB383.1

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