[发明专利]一种多色复合纳米纤维薄膜及其制备方法

说明书

一种多色复合纳米纤维薄膜，薄膜中包括9‑芘‑1‑基‑9H‑咔唑(PyCz)和N,N‑二丁基‑3,4,9,10‑四羧酸苝二酰亚胺(PTCDI‑DC₄H₉)及聚合物基质，复合纳米纤维薄膜呈丝线层叠状，丝线的直径为100 nm~400 nm。本发明通过将咔唑芘以及N,N‑二丁基‑3,4,9,10‑四羧酸苝二酰亚胺掺杂到已经配置好的聚合物溶液中，使所制备的纳米纤维膜与水蒸气接触后可呈现颜色变化，并具有显色灵敏、选择性高、可视化的优点。

技术领域

本发明属于荧光湿度响应技术领域，具体涉及一种多色复合纳米纤维薄膜及其制备方法。

背景技术

湿度响应在控制生命系统和监控工业过程中起着重要作用。但是由于常用的半导体等湿度传感器中的大多数都具有复杂的步骤和低的灵活性，因此它们仍然不能广泛适用。作为替代选择，荧光成像是一种理想的工具，将来自环境水蒸气的刺激转换为光学信息，可为湿度（RH）感应提供简单，准确且易读的方式。荧光成像方法既不需要特定的元素，也不需要复杂的步骤。和单色检测不同，比色荧光检测法因其受环境的影响小、颜色和强度的变化易于分辨等优点而受到人们的广泛关注。一种荧光分子的发光覆盖整个可见光区域并不容易，可通过两种或者两种以上的荧光分子复合，例如红光、绿光或蓝光以一定比例混合可以变成白光(Kubo Y, Nishiyabu R. Polymer, 2017, 128, 257-275)。假如一种物质荧光被水蒸气猝灭后，复合色就会发生变化，关于水蒸气的不可见信息就被转换成不同的荧光颜色呈现出来，从而可以直接通过肉眼观察到。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多色复合纳米纤维薄膜及其制备方法，通过将咔唑芘以及N,N-二丁基-3,4,9,10-四羧酸苝二酰亚胺掺杂到已经配置好的聚合物溶液中，使所制备的纳米纤维膜与水蒸气接触后可呈现颜色变化，并具有显色灵敏、选择性高、可视化的优点。

本发明提供一种多色复合纳米纤维薄膜，薄膜中包括9-芘-1-基-9H-咔唑PyCz和N,N-二丁基-3,4,9,10-四羧酸苝二酰亚胺PTCDI-DC4H9及聚合物基质，复合纳米纤维薄膜呈丝线层叠状，丝线的直径为100~400 nm。

作为本发明的进一步技术方案，聚合物基质为聚N-异丙基丙烯酰胺PNIPAM、聚环氧乙烷PEO、聚丙烯酰胺PA、聚乙烯醇PVA、聚乙二醇PEG、聚苯乙烯磺酸钠PSS。

进一步的，聚合物基质的质量比为3:325-6:325；PTCDI-DC₄H₉与聚合物基质的质量比为6:325-10:325。

本发明还提供一种多色复合纳米纤维薄膜的制备方法，包括如下步骤，

步骤S1、按质量比称量PyCz、PTCDI-DC₄H₉和聚合物基质，并将混合于DMF溶剂中，在20℃下均匀搅拌获取均一的聚合物溶液；

步骤S2、通过静电纺丝法将聚合物溶液制备多色复合纳米纤维膜，并将其纺于石英片上。

进一步的，PyCz与聚合物基质的质量比为3:325-6:325；PTCDI-DC₄H₉与聚合物基质的质量比为6:325-10:325，聚合物基质与DMF的质量比1：5.74。

进一步的，聚合物溶液的质量百分比浓度为14wt%-16wt%。

进一步的，步骤S2中，静电纺丝过程中，电压为5-15 kV，针头与接收器的距离为10-20 cm，针头的内径为0.60 mm，溶液流速为0.12 µL/s，纺丝时长为2 min。

进一步的，PyCz为蓝光化合物，PTCDI-DC₄H₉为红光化合物。