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长春理工大学董相廷:双轴平行静电纺丝制备荧光各向异性导电Janus型纳米带阵列膜

2022-08-12   易丝帮

由一维定向纳米材料制成的柔性多功能导电各向异性膜在先进的电子皮肤和应变传感器中具有广阔的应用前景。然而,制备具有多功能、高导电各向异性和优异界面性能的取向聚合物复合材料是一项艰巨的任务,因此制备和研究此类复合材料一直是一个重要的课题。本工作以[Eu(TTA)3bipy/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)]/[炭黑(CB)/PMMA] Janus型纳米带为结构单元,采用双轴平行喷丝头及双轴平行静电纺丝技术制备了荧光各向异性导电Janus型纳米带阵列膜(简称FAJNAM)。由于CB会严重影响Eu(TTA)3bipy配合物的荧光强度,通过以Janus型纳米带为结构单元,可以将Eu配合物和CB限制在各自的区域内,实现荧光物质和电子物质的有效分离,显著降低两种功能之间的不利影响,从而获得优异的红色荧光和导电性。测定了Janus型纳米带膜中CB的渗透区。通过调节CB的含量,可以使FAJNAM实现从绝缘到导电的转变。当CB含量为10%时,最高的各向异性电导率达到约108。本文首次提出并深入研究了平行静电纺丝过程中两相纺丝溶液临界扩散浓度的关键问题。此外,还探讨了临界扩散浓度与导电各向异性程度之间的关系。临界扩散浓度的概念同样适用于其他双轴平行静电纺丝制备多功能材料,对优化静电纺丝条件具有重要意义。综上,本研究为制备高柔性、导电各向异性复合材料提供了新的技术支持。

 

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图1.目标样品(a)和对比样品(b-d)的静电纺丝制备示意图

 

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图2.不同CB含量的FAJNAM中Janus型纳米带的OM图像

 

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图3.FAJNAM(a)、FIJNNM(b)、FACNAM(d)和FICNNM(e)的SEM图像;FAJNAM中单个Janus型纳米带的EDS线扫描分析(c);FAJNAM(f)和FIJNNM(g)中Janus型纳米带的宽度分布直方图以及FACNAM(h)和FICNNM(i)中复合纳米带的宽度分布直方图

 

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图4.实物照片:扁平(a)和卷曲(b)FAJNAM;365nm紫外光激发下平面(c)和卷曲(d)FAJNAM的发射颜色

 

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图5.不同Eu(TTA)3bipy配合物含量的Eu(TTA)3bipy/PMMA纳米带的激发光谱(a)和发射光谱(b)

 

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图6.不同CB含量的FAJNAM的激发光谱(a)和发射光谱(b)

 

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图7.FAJNAM和对比样品的激发光谱(a)和发射光谱(b)

 

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图8.FAJNAM和对比样品的激发和发射光示意图

 

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图9.FAJNAM(a和b)、FACNAM(c和d)、FICNNM(e和f)和FIJNNM(g和h)的导电测试方法示意图

 

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图10.不同方向FAJNAM的电导率与CB含量的关系(a);FAJNAM在X方向的导电路径模型图(b)以及导电各向异性程度与CB含量的关系(c)

 

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图11.FAJNAM和对比样品的导电性能示意图

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