静电纺丝法制备稀土/聚合物发光纳米纤维复合材料及其结构与性能的研究

摘要

静电纺丝法制备的纳米纤维材料具有比表面积大、孔径尺寸小且复杂，易表面功能化及物理机械性能优良等特点，因而被广泛应用在光学和化学传感器、高效过滤材料、生物医用材料、纳米复合材料等领域。然而，当前静电纺丝的研究热点主要局限于塑料材料，而橡胶材料的纳米纤维化却鲜见报道，所制得的橡胶纤维形貌也不理想。针对橡胶类材料由于玻璃化转变温度较低，静电纺丝后容易回弹而难以得到纳米级纤维的难题，本论文采用同轴静电纺丝技术，借助外层刚性塑料的保护限制作用，成功制备出直径在400～600nm范围的室温硫化硅橡胶(RTV)纳米纤维。同时，结合稀土β-二酮类有机配合物优异的荧光性能，如发光色彩纯度高、荧光寿命长以及量子产率高等，应用静电纺丝技术制备出具有良好分散结构(纳米尺寸和较高分散度)的高发光效率的稀土纳米纤维复合材料。本论文的主要研究内容如下：
　　 (1)应用静电纺丝技术制备了具有较高荧光强度和量子产率的Eu(TTA)3phen/PVP(其中，TTA：噻吩甲酰三氟丙酮，phen：邻菲哕啉，PVP：聚乙烯吡咯烷酮)纳米纤维复合材料(120～170nm)。通过高倍TEM、能谱(EDS)及XRD测试表明，Eu(TTA)3phen在PVP纤维基体中以分子簇或极小颗粒(小于10nm)的状态存在，在分散效果上接近了聚合法制备的单分子级别的分散。荧光性能测试及Judd-Ofelt理论分析表明，这种良好的分散减小了光电子在跃迁过程中非辐射跃迁的速率，从而使纤维的荧光强度和量子效率得到显著提高。
　　 (2)应用同轴纺丝技术制备了具有芯-壳结构的RTV/PVP纳米纤维，通过SEM和TEM，考察了聚合物的种类及分子链结构、纺丝液浓度、内外层纺丝液互溶性、推进速度、纺丝电压等对同轴静电纺丝过程及纤维形貌和结构的影响，进而阐明橡胶纳米纤维的形成机制和形貌调控方法，并制备出纳米橡胶纤维。同时，结合RTV优异的耐低温性能及Eu(TTA)3phen优异荧光性能，应用同轴静电纺丝技术制备出了Eu(TTA)3phen/RTV/PVP弹性体基纳米荧光纤维。并结合荧光光谱、荧光寿命和Judd-Ofelt理论深入研究了复合材料的低温荧光性能，探讨了橡胶基体对Eu(TTA)3phen低温荧光性能的贡献以及Eu(TTA)3phen在纤维基体中的分散结构与其荧光性能之间的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1静电纺丝概述

1.2单轴静电纺丝工艺过程研究

1.2.1静电纺丝原理及装置

1.2.2静电纺丝的理论研究概况

1.2.3静电纺丝的影响因素

1.3同轴静电纺丝工艺过程研究

1.3.1同轴静电纺丝的装置

1.3.2同轴静电纺丝的过程及原理

1.3.3同轴静电纺丝影响因素

1.4静电纺丝超细纤维的应用

1.4.1在增强复合材料中的应用

1.4.2在过滤及纺织领域中的应用

1.4.3在电学和光学中的应用

1.4.4在催化体系中的应用

1.4.5生物医学领域的应用

1.5静电纺丝法制备稀土荧光纳米纤维复合材料

1.5.1稀土发光材料概述

1.5.2稀土有机配合物的发光原理

1.5.3稀土配合物的荧光性能

1.5.4稀土/高分子纳米纤维复合材料

1.6选题的意义及研究内容

1.6.1选题的目的、意义

1.6.2本论文主要研究内容

1.6.3本论文创新之处

第二章静电纺丝法制备Eu(TTA)3phen/PVP纳米纤维复合材料及其荧光性能的研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验原料、试剂及仪器

2.2.2稀土有机配合物Eu(TTA)t3phen的合成

2.2.3静电纺丝装置及原理

2.2.4 Eu(TTA)3phen/PVP纳米纤维复合材料的制备

2.2.5实验分析测试方法

2.3结果与讨论

2.3.1 Eu(TTA)3phen的表征及其性能研究

2.3.2静电纺丝的影响因素及PVP纳米纤维的制备

2.3.3静电纺丝法制备Eu(TTA)3phen/PVP纳米纤维复合材料及其荧光性能的研究

2.4本章小结

第三章同轴静电纺丝法制备RTV/PVP核壳结构纳米纤维及其稀土复合材料荧光性能的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试验原料、试剂及仪器

3.2.2核壳结构纳米纤维及其稀土复合材料的制备

3.2.3同轴静电纺丝装置及原理

3.2.4实验分析测试方法

3.3结果与讨论

3.3.1同轴静电纺丝工艺及其影响因素的研究

3.3.2 Eu(TTA)3phen/PTV/PVP纳米纤维的制备及其荧光性能的研究

3.4本章小结

第四章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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