基本信息
- 项目名称：
- 离心静电纺丝法制备有序、交叉及绞线结构的荧光纳米纤维
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本课题组利用本实验室原创的离心静电纺丝法制得了有序、交叉以及绞线结构的掺杂不同荧光物质的荧光纳米纤维；通过拍摄SEM照片、拍摄荧光显微镜照片和测量荧光光谱对纤维的各方面形貌、性能进行了表征；定性的总结了离心静电纺丝法制的有序荧光纳米纤维所需的条件；原创性的提出了一种制备绞线结构纳米纤维的新方法。
- 详细介绍：
- 静电纺丝法是一种制备纳米结构纤维的工艺，通过对纺丝前驱体溶液的进行不同材料的掺杂会使纳米纤维具有不同的性质，如陶瓷纤维、半导体纤维、导电聚合物纤维等都可以通过此工艺获得，目前国内外在此领域已经取得了很好的研究成果，相关成果已经投入应用。 本课题组通过对纺液掺杂荧光素、罗丹明B和稀土Eu配合物三种带有荧光特性的物质，从而得到了具有荧光特性的纳米纤维，由于纳米纤维具有大的比表面积，因此可以使荧光纤维的具有很好的发光效果，荧光纤维在荧光防伪、荧光标记、光敏传感器等方面有广泛的应用。 纺丝制备方法上，本课题组利用实验室自行搭建并申请国家专利（专利申请号: 201010184068.1）的离心静电纺丝装置，制得了远远高于目前国内外纺丝有序度的平行排列荧光纳米纤维，并在平行的基础上获得了不同特性荧光纳米纤维的交叉结构，通过对收集装置的改装，新创了一种纳米纤维绞线结构的制备方法，将静电纺丝领域的平行、交叉以及绞线三种重要纺丝结构用一台仪器完美制作出来，实现了纳米纤维的多形貌准确控制，本实验所用到的很多原创性的方法，如交叉结构、绞线结构等，在导电纳米纤维、纳米陶瓷纤维等其它的领域都具有很广泛的实际应用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本课题组利用离心静电纺丝法制得了有序、交叉以及绞线结构的荧光纳米纤维（掺杂的荧光物质为荧光素、罗丹明B和稀土Eu配合物）；通过拍摄SEM照片、拍摄荧光显微镜照片和测量荧光光谱对纤维的各方面形貌、性能进行了表征；定性的总结了离心静电纺丝法制的有序荧光纳米纤维所需的条件；原创性的提出了一种制备绞线结构纳米纤维的新方法。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品以离心静电纺丝技术以及荧光知识为理论基础，利用实验室自行搭建并申请国家专利（专利申请号: 201010184068.1）的离心静电纺丝装置，通过对纺丝溶液掺杂带有荧光性质的物质，成功制得了有序度极高（95%左右），以及交叉结构的荧光纳米纤维； 对装置进行改造原创性的制得了绞线结构纤维，巧妙地将静电纺丝领域的平行、交叉以及绞线三种重要纺丝结构用一台仪器完美制作出来。
应用价值和现实意义
- 研究制备的有序及交叉微纳米荧光纤维作为纳米发光器件、光传感器、纳米材料识别标记以及荧光防伪等方面都有很好的实用价值以及潜在的应用； 原创的绞线结构制备方法，可用于制作人工肌肉等微机电系统，还可以用于制备绞线结构p-n结电子器件； 本作品所用到微纳米纤维收集方法，在导电纳米纤维、纳米陶瓷纤维等其它的领域都具有很广泛的实际应用。
学术论文摘要
- 本团队通过实验室自行搭建的低压离心静电纺丝装置（国家发明专利申请号: 201010184068.1），利用低压离心静电纺丝法制备了有序排列、交叉排列以及绞线结构的荧光纳米纤维（掺杂荧光物质为荧光素、罗丹明B或稀土Eu配合物）。通过扫描电镜（SEM）对纤维的有序度以及微观形貌进行了分析与表征，并用荧光光谱仪和荧光照片对各种样品的荧光性质进行了测量表征。研究制备的微纳米荧光纤维作为纳米发光器件、光传感器、纳米材料标记以及荧光防伪等方面的应用是今后研究荧光物质掺杂的微纳米纤维方向的重点。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1]尹桂波．纳米纤维支架在组织工程中的应用进展[J]．南通纺织职业技术 学院学报(综合版)，2007，7(2)：15—18. [2]龙云泽，李蒙蒙，尹志华. 静电纺丝法制备有序排列的纳米纤维最新进展，2008，青岛大学学报（自然科学版），21(2)，92-99. [3]慧茹，黄素萍，龚静华等．荧光防伪纤维[J]．合成纤维工业，2002，25(4)：39～4l [4]Nikodem Tomczak, Shuying Gu, Mingyong Han, Niek F.van Hulst, G.Julius Vancso, Single light emitters in electrospun polymer nanofibers: Effect of local confinement on radiative decay, European Polymer Journal 42, 2205-2210 (2006). [5]L.Q. Liu, M. Eder, I. Burgert, D. Tasis, M. Prato, and H.D. Wagner, One-step electrospun nanofiber-based composite ropes, Appl. Phys. Lett. 90, 083108 (2007). [6] Li D. Wang Y L. Xia Y N. Electrospinning of Polymer and Ceramic Nanofibers as Uniaxially Aligned Arrays. Nano Letters 2003, 3(8): 1167-1171.
同类课题研究水平概述
- 早在20世纪30年代，A. Fomhals就已经在其专利中报道了利用高压进行静电纺丝。静电纺丝是一种简便易行、可直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法，其具有一些突出的优点：设备和实验成本较低，纤维产率较高，制备出的纤维比表面积较大（纤维直径在几个纳米到几个微米的范围内），且适用于许多不同种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维在复合材料增强体、微/纳电子器件、纳米传感器、过滤与分离、生物医学、防护服等诸多领域具有广泛的潜在的应用。 传统静电纺丝得到的纳米纤维是以无纺布形式存在的，纤维排列十分凌乱，这给一些实际应用带来了不小的困难。近年来，全世界很多科研人员致力于改进传统静电纺丝装置以制备有序排列结构的纳米纤维，圆筒（滚筒）收集、狭缝收集、辅助外电场或磁场收集、框架收集等不同方法和技术被陆续提出和报道，然而这些方法所制得的样品有序度普遍很低，从而也给交叉结构的获得带来了难度，采用离心静电纺丝法制备的纤维有序度可以达到90%以上，明显高于其它平均70%的有序度。 多根纤维的螺旋缠绕绞线结构的获得国际国内都有不同的方法，如Paul D.Dalton等（SCIENCE DIRECT,Polymer46 (2005) 611-614）利用双环收集法获得了纳米纤维的绞线结构；Lu-Qi Liu 等（APPLIED PHYSICS LETTERS 90, 083108 2007）利用旋转圆锥收集法制得了纳米纤维绞线结构。本团队利用的基于离心静电纺丝法的绞线制取方式，充分发挥了离心静电纺丝法低电压、高有序度的特点，可以获得很好的绞线结构，其在制作人工肌肉等微机电系统和制备绞线结构p-n结电子器件等领域会有应用。 制取荧光纤维目前常用的方法有熔融纺丝法、溶液纺丝法、表面涂层法等，不同的方法对生产工艺和紫外荧光化合物的要求侧重点不同，目前荧光纤维早已经投入到了市场化的应用，如变色T恤、防伪标签、军用伪装服等，然而其在微观领域内的纳米发光器件、光传感器、纳米材料标记等领域的应用仍然有待拓展，本课题组仅利用一台仪器就实现了微纳米纤维领域的平行、交叉以及螺旋绞线结构荧光纳米纤维，方便的做到了荧光纤维微纳米尺度上的精确控制，这是在国内乃至国际同类研究领域内的其它单一收集方法所不能做到的，本课题的研究为荧光纤维以及国内外同类课题的研究应用提供了坚实的基础。
