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稀土元素由于其特殊的4f电子层结构而具有的较好的光学性能,在理论和应用上有重要的科学意义和潜力。稀土配合物/高分子复合材料具有良好的加工性能、热稳定性和光学性能,有望作为荧光材料、激光材料、磁性材料、光学材料及催化剂等而引起了人们极大兴趣,并取得许多成果。
本文主要通过静电纺丝技术制备了稀土有机配位物/高分子复合荧光纤维、重点研究了纳微米纤维的制备,稀土有机配合物在纤维中的微观结构,以及纳微米纤维的荧光性能。具体研究内容如下:
1.采用Eu3+稀土离子作为发光中心,采用噻吩甲酞三氟丙酮(TTA),邻菲哕琳(phen)和丙烯酸(AA)配体合成了Eu(TTA)3AA、Eu(TTA)3phen两种稀土配合物,通过红外测试(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试等对其进行了表征并研究了其荧光性能。研究结果发现:各种配体均与Eu3+形成了配位键;Eu(TTA)3AA、Eu(TTA)3phen两种配合物均为结晶结构,晶体平均尺寸分别为6.42与21.01nm; Eu(TTA)3phen的荧光性能强度要高于Eu(TTA)3AA。
2.用静电纺丝技术制备Eu(TTA)3AA/PVP荧光纤维,用同轴静电纺丝技术制备了Eu(TTA)3AA-PVP/PVP,Eu(TTA)3AA-NBR/PVP同轴荧光纤维。系统研究了聚合物浓度、驱动电压等纺丝参数对单轴、同轴静电纺丝过程及微观纤维形貌的影响。制备的Eu(TTA)3AA/PVP、Eu(TTA)3AA-PVP/PVP和Eu(TTA)3AA-NBR/PVP纤维直径为100至900纳米;纤维直径随着稀土配合物含量的增加先减小后增大,TEM-EDS、XRD测试表明Eu(TTA)3AA在纳米纤维中以分子簇或者分子的形式存在。
荧光性能测试表明纳米纤维的激发与发射光谱的峰强度与Eu(TTA)3AA的浓度成正比,当Eu(TTA)3AA/NBR/PVP纤维中Eu(TTA)3AA的含量达到30wt%时,纤维的荧光强度达到了Eu(TTA)3AA粉末的2倍。
15wt%、20wt%Eu(TTA)3AA在PVP/PVP纤维中的荧光效率、荧光强度要大于在NBR/PVP纤维中的荧光效率及荧光强度。10wt%Eu(TTA)3AA在PVP/PVP纤维中的荧光寿命大于在NBR/PVP纤维中的荧光寿命。
3.分别采用溶液混合静电纺丝法、溶液还原静电纺丝法、静电纺丝原位生成法、同轴静电纺丝法制备了Ag-Eu(TTA)3AA/PVP及Ag-PVP/Eu(TTA)3AA-PVP超细纤维,SEM、TEM及能谱分析表明制得的纤维中存在着纳米银粒子。
研究了纳米纤维的荧光性能,荧光光谱显示在用原位生成法及溶液混合法制备的Ag-Eu(TTA)3AA/PVP纤维中,在1wt%及10wt%Eu(TTA)3AA纤维中都观察到纳米银对Eu(TTA)3AA荧光强度的增强作用,其他方法制备的纤维中荧光增强与减弱作用同时都被观察到。
在用各种方法制备的Ag-Eu(TTA)3AA/PVP纤维中,在Eu(TTA)3AA的质量分数为10wt%的情况下,纤维的荧光强度随着纳米银含量的降低而增强;在Eu(TTA)3AA的质量分数为1wt%的情况下,纳米纤维的荧光强度随着纳米银含量的增加而增强。