[发明专利]一种pH颜色响应传感型微纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种响应传感型微纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

聚希夫碱PolySchiff base(简称PSB，亦称为聚甲亚胺，polyazomethine)属于高性能材料，具有优良的耐热性、力学性能，而且由于具有光电子、非线性光学性与磁学性能而备受关注，在非线性光学、二次电池、电色显示及固体电容器方面都有诱人的应用前景。聚希夫碱的酸致变色特性，可以达到光开关作用，在信息存储与传感等方面有潜在的应用前景。然而，聚希夫碱薄膜用于酸致变色具有灵敏度不太高，反应时间较长等缺点。

纳米纤维由于具有极小的直径及极大的比表面积/体积比的结构特点，其表面能和活性增大，在光、热、磁、电等方面的性质与体材料明显不同，出现许多新奇特性，因此纳米材料的研究受到了材料学家的高度重视。将聚希夫碱制成聚希夫碱/聚合物纳米纤维，该纳米纤维在酸性的气体或酸性溶液的作用下由黄色变为深红色，在碱的气体或溶液作用下，又可恢复到原来的颜色，并可在多次可逆循环进行。利用这种性能，该类微(纳)米纤维可用作传感器、警示等用途。

聚合物纳米纤维的制备方法有静电纺丝法，复合纺丝法，电子喷丝法，生物合成法，化学合成法等。静电纺丝(electrospinning)是上世纪三十年代发现的制备高分子超细纤维的方法。用静电纺丝法制备的电纺丝，具有质地均匀，表面光滑和厘米以上长度、纳米级半径等优点。静电纺丝作为一种简单而通用的制备纳米纤维的方法，已引起了越来越多的关注，世界各国的纤维工作者正在对此技术的应用方面做更深入的研究。由纳米纤维制得的无纺布，具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点，从而赋予了静电纺丝纤维广泛的应用前景，在国内外引起了广泛的关注。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有聚希夫碱薄膜用于酸致变色具有灵敏度不高，反应时间长的问题，本发明提供了pH颜色响应传感型微纳米纤维及其制备方法和应用。

本发明的pH颜色响应传感型微纳米纤维，直径在10纳米至2微米之间，是由聚希夫碱溶解于聚合物溶液中形成的纺丝液，通过静电纺丝技术制备而成；所述聚希夫碱为以二氨基三苯胺为反应单元，与芳香性二胺单体进行缩聚得到聚合物；所述聚合物溶液是将具有静电纺丝性能的聚合物溶解于有机溶剂中得到的；其中聚合物质量与有机溶剂体积的比例为1g∶10mL～15mL，聚希夫碱与聚合物的质量比为1∶3～19。

所述具有静电纺丝性能的聚合物为聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)和聚碳酸酯(PC)中的一种或者其中几种的混合物；所述有机溶剂为三氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、苯、甲苯、二氯乙烷和四氢呋喃中的一种或者其中几种的混合物。

所述聚希夫碱的结构式为下述十一种：(其中n＝4～12)

其中n＝4～12，依次记载为P1-P11。

本发明的pH颜色响应传感型微纳米纤维的制备方法，是通过以下步骤实现的：一、按1g聚合物加入10mL～15mL有机溶剂的比例，称取聚合物和有机溶剂，并将称取的聚合物加入到有机溶剂中，溶解后得到聚合物溶液，所述聚合物为具有静电纺丝性能的聚合物；二、将聚希夫碱加入步骤一的聚合物溶液中，搅拌4～12h，得到纺丝液，控制聚希夫碱与步骤一的聚合物的质量比为1∶3～19，其中所述聚希夫碱为以二氨基三苯胺为反应单元，与芳香性二胺单体进行缩聚得到聚合物；三、在室温条件下，把步骤二的纺丝液放入注射器并连接高压电源的电极，收集极连接对电极，在电压10～30kV，喷头到收集极距离为5～30cm的条件下，进行电纺，即得pH颜色响应传感型微纳米纤维。

本发明制备方法步骤三中所述收集极为金属网、导体薄膜、半导体薄膜或者导电溶液。

本发明的pH颜色响应传感型微纳米纤维的应用，pH颜色响应传感型微纳米纤维应用于pH颜色响应传感器。

将本发明的pH颜色响应传感型微纳米纤维置于酸性气体G1或者酸性溶液G3，经过0.5s～1s，pH颜色响应传感型微纳米纤维变色，然后再通入碱性气体G2，pH颜色响应传感型微纳米纤维又恢复为原始颜色。本发明的pH颜色响应传感型微纳米纤维在酸性气体G1或者酸性溶液G3中放置时间越长，肉眼可见颜色越深，即吸收波长红移。