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北化潘凱研究員、顧星桂教授團(tuán)隊(duì)合作《Small》:具有白光發(fā)射和多重刺激響應(yīng)的 Janus- AIE 納米纖維
2022-05-24  來源:高分子科技

  用于可穿戴光電設(shè)備的智能材料已經(jīng)吸引了大量的研究關(guān)注,柔性可拉伸的白光發(fā)射彈性體(WLEEs)在新一代照明、顯示和光電器件中發(fā)揮了重要作用。傳統(tǒng)WLEEs的構(gòu)筑一般有兩種途徑,一是在合成具有多種發(fā)光基團(tuán)的白光分子,二是通過多種熒光分子的耦合實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。相比白光分子的合成,互補(bǔ)色熒光分子的高效耦合具有成本低、易于大規(guī)模制備的優(yōu)勢,但是如何克服分子間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)和聚集誘導(dǎo)猝滅(ACQ)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光,獲得多功能的WLEEs仍是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。


 


  鑒于此,文章報(bào)道了一種具有刺激響應(yīng)行為的Janus白光納米纖維,它具有高效白光發(fā)射和特殊氣體刺激響應(yīng)功能。文中合成了具有不同環(huán)境敏感性的藍(lán)色和橙色 AIEgens,然后通過并排靜電紡絲將其封裝在納米纖維的兩側(cè),以制備刺激響應(yīng)的白光Janus-NFs。在藍(lán)橙AIEgens質(zhì)量比為3:1的情況下,實(shí)現(xiàn)了CIE坐標(biāo)約為(0.33, 0.31)的高效穩(wěn)定的白光發(fā)射。此外,Janus-NFs的熒光對其拉伸變形的敏感性用于可視化納米纖維在拉伸過程中微觀結(jié)構(gòu)的演變;對 HCl 和 NH3 體現(xiàn)出熒光變色響應(yīng),展示了白光 Janus-NF 在智能織物、柔性傳感和防偽包裝中的應(yīng)用前景,相關(guān)工作以Janus-Structural AIE Nanofiber with White Light Emission and Stimuli-Response為題發(fā)表在《Small北京化工大學(xué)博士研究生趙世坤為論文第一作者,材料學(xué)院潘凱教授、孫江曼副教授和高精尖創(chuàng)新中心顧星桂教授為論文通訊作者,北京化工大學(xué)為論文唯一完成單位。 


可拉伸白光納米纖維膜的制備與熒光性能表征


  如圖1所示,合成了具有不同熒光顏色和刺激響應(yīng)功能的AIEgens,通過并排靜電紡絲將其封裝在TPU納米纖維兩側(cè)制備了Janus結(jié)構(gòu)的可拉伸納米纖維。作者通過TEMCLSM的熒光性質(zhì)對Janus-NFs的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證,Janus結(jié)構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了兩種熒光分子的空間隔離,從而限制FRET實(shí)現(xiàn)高效熒光發(fā)射。當(dāng)藍(lán)橙AIEgens的摻雜比例為3:1時,Janus-NFs實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的白光發(fā)射。同時展示出了良好地柔韌性與可拉伸性,能夠滿足柔性可穿戴材料的復(fù)雜形變。

 

2. 白光納米纖維膜的拉伸變色響應(yīng)與氣體變色響應(yīng)


  Janus-NFs在制備過程中通過調(diào)節(jié)紡絲環(huán)境的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對溶劑揮發(fā)速率的調(diào)控,可以實(shí)現(xiàn)納米纖維的溶并形成物理交聯(lián)點(diǎn),物理交聯(lián)點(diǎn)在納米纖維網(wǎng)絡(luò)中能夠起到限制納米纖維滑移傳遞應(yīng)力的作用,從而提高納米纖維膜的拉伸性能,因此Janus-NFs展現(xiàn)出接近7 MPa的拉伸強(qiáng)度。在應(yīng)力作用下Janus-NFs的微結(jié)構(gòu)會發(fā)生形變從而影響FRET 過程,其熒光性質(zhì)發(fā)生變化,表現(xiàn)出一定的應(yīng)力刺激響應(yīng)行為,同時可以通過熒光性質(zhì)的變化可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力作用下聚集微環(huán)境的表征。同時,Janus-NFs中的AIEgens具有不同的功能基團(tuán),在檢測到氨氣或鹽酸時能夠產(chǎn)生不同的變色行為。在氨氣環(huán)境中隨著時間延長,Janus-NFs從白光變?yōu)樗{(lán)色,展現(xiàn)出不可逆的變色響應(yīng)。而Janus-NFS遇到HCl氣體時會從白光發(fā)射逐漸變綠,并且具有快速響應(yīng)與回復(fù)的特性,具有良好的靈敏度與穩(wěn)定性。最后作者展示了該可拉伸白光Janus-NFsLED傳感、雙重防偽與可穿戴智能織物方面的應(yīng)用。


  小結(jié):作者合成了兩種具有刺激響應(yīng)功能的AIEgens并用于構(gòu)筑白光發(fā)射納米纖維彈性體。通過并排靜電紡絲技術(shù)抑制了兩種熒光分子間的FRET過程,實(shí)現(xiàn)了高效的白光發(fā)射。探究了拉伸形變對對熒光性質(zhì)的影響機(jī)制,可以通過熒光性質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)應(yīng)力作用下納米纖維聚集微環(huán)境的可視化。此外,得益于AIEgens的刺激響應(yīng)功能,Janus-NFs對于環(huán)境中的氨氣與HCl具有檢測識別功能,有望在智能織物、光傳感器、防偽包裝等前沿領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。


  全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201117


  聲明:僅代表作者個人觀點(diǎn),作者水平有限,如有不科學(xué)之處,請?jiān)谙路搅粞灾刚?/span>

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