[发明专利]单层荧光共轭聚合物膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单层荧光共轭聚合物膜及其制备方法，单层荧光共轭聚合物膜主要用于检测芳烃类爆炸物，对芳烃类爆炸物有传感功能。

背景技术

对2，4-二硝基甲苯（DNT），1，3，5-三硝基甲苯（TNT）和1，3，5-三硝基苯酚（PA）等芳烃类爆炸物的检测对国土安全，军事行动和环境检测具有重要意义。痕量爆炸物最理想的方法是探测其蒸气，这也是当前商用爆炸物检测装置的主要检测方式。目前已有多种方法用于芳烃类爆炸物的检测，如比色法、表面增强拉曼光谱、离子迁移色谱和荧光量子点等。这些方法展现了良好的检测限和宽的线性范围，然而使用这些方法时，总是需要费用高昂的设备或进行繁琐的样品前处理。

荧光共轭聚合物（CP）可以很好地用于芳烃类爆炸物蒸气的检测，这是因为大部分的芳烃类爆炸物都是缺电子化合物，可通过光诱导电荷转移有效地淬灭富电子的共轭聚合物。在构筑共轭聚合物膜传感材料的过程中，共轭聚合物的构象结构必须要进行精确的控制，从而防止共轭聚合物链间因π-π堆积引起荧光自淬灭。目前，旋转涂覆是制备共轭聚合物膜传感材料最常用的方法。然而，聚合物无定型的属性和高分子量的特性总是阻止共轭聚合物在膜中形成有序的结构，限制一些低渗透性分子在膜中的扩散，影响膜传感材料对它们的检测灵敏度。近年，一些新方法被相继发展来制备聚合物膜传感材料，如冷冻干燥、静电纺丝、分子印迹和纳米硅胶等，然而这些方法仍旧存在对芳烃类爆炸物响应时间长等缺点。

基于共轭聚合物获得的自组装单层（SAM）膜是一种简单实用的方法，可用于制备荧光膜传感材料。自组装单层膜的制备过程是通过共价键将共轭聚合物修饰在基质表面。最近已有研究表明，在SAM膜中的共轭聚合物要比在旋转涂覆膜中的共轭聚合物具有更高的有序度和更好的均一性。截至目前，控制SAM膜中共轭聚合物链堆积结构最常用的方法是为共轭聚合物引入具有空间位阻效应的侧链基团，如十六烷基和胆固醇-十六烷基。然而，随着共轭聚何物聚合物的增加，其在基质表面的修饰密度将会降低，影响SAM膜材料的荧光强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种单层荧光共轭聚合物膜及其制备方法，该单层荧光共轭聚合物膜具有较高的检测限和灵敏度。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种单层荧光共轭聚合物膜，在芴的碳-9，碳-9’上引入长链脂肪烃基，在1，4-对二碘苯的碳-2，碳-5上引入长链烷氧基，并将两类单体共聚，形成聚合物，同时，聚合物被固载在基质材料表面，形成单层荧光共轭聚合物膜材料。

进一步的技术方案是：所述的基质材料的表面修饰叠氮官能团。

进一步的技术方案是：所述的基质材料为硅片、石英和玻璃中的一种。

进一步的技术方案是：所述的聚合物膜具有下述的结构：

其中，R₁为C_nH_2n+1或C_nH_2nOH，n为10～20；

R₂为C_mH_2m+1，m为10～20；

k为聚合物的重复单元数；

为固载在基质材料上的聚合物。

根据本发明的实施例，所述的聚合物膜具有下述结构：

其中为固载在基质材料上的聚合物。

一种单层荧光共轭聚合物膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：基质材料的制备：依次用丙酮、甲醇和水超声洗涤基质材料15min，而后用5%的HF酸溶液洗涤5min，用超纯水洗涤若干次后，再用水虎鱼溶液处理30min，用大量水洗涤后，在100℃下干燥1h；将活化后的基质材料置于圆底烧瓶中，加入10mL甲苯和100mM3-氯丙基硅烷，氮气保护下回流6h，冷却至室温，取出硅片，用大量的甲苯和乙醇洗涤，氮气吹干；再将其加入到10mLNaN₃DMF饱和溶液中，90℃下反应20h，取出硅片后，用水和乙醇洗涤，于40℃下真空干燥12h；

步骤二：2,7-二（乙炔基）-9,9-（R₁）芴单体的制备，其中R₁为C_nH_2n+1或C_nH_2nOH，n为10～20；