山東省第三屆大學(xué)生物理創(chuàng)新大賽申報書及研究報告

編碼：山東省第三屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽作品申報書作品名稱：離心靜電紡絲法制備有序、交叉及絞線結(jié)構(gòu)熒光納米纖維學(xué)校全稱：青島大學(xué)申報者姓名：劉術(shù)亮指導(dǎo)教師：龍?jiān)茲山淌陬悇e：□實(shí)驗(yàn)方法研究〔A類〕□自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器〔B類〕□物理量智能化測量〔C類〕□實(shí)驗(yàn)?zāi)M與仿真〔D類〕□實(shí)用創(chuàng)新〔E類〕山東省第三屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽組委會制2023年4月

說明1．申報者應(yīng)在認(rèn)真閱讀此說明各項(xiàng)內(nèi)容后按要求如實(shí)填寫。2．編碼由大賽組委會統(tǒng)一填寫。3．作品的研究報告必須用中文撰寫，并附于申報書后，一般不應(yīng)少于2000字。4．作品申報書必須按規(guī)定時間由各校統(tǒng)一將電子稿件發(fā)到大賽組委會E-MAIL郵箱，或者直接送到大賽組委會。5．競賽組委會地址：山東省威海市文化西路180號山東大學(xué)威海分?？臻g科學(xué)與物理學(xué)院郵編：264209E-MAIL:liufen210@；或者：聯(lián)系人：王愛芳孫大鵬劉芬聯(lián)系：〔0631〕5688821，申報者情況申報者情況姓名劉術(shù)亮性別男出生年月學(xué)校全稱青島大學(xué)專業(yè)材料物理現(xiàn)學(xué)歷本科年級三年級學(xué)制四年制通訊地址青島市市南區(qū)寧夏路308號聯(lián)系合作者情況姓名性別年齡學(xué)歷所在單位趙南男22本科青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院王玉娜女20本科青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院黃亞麗女22本科青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院指導(dǎo)教師情況和意見指導(dǎo)教師情況姓名龍?jiān)茲尚詣e男年齡34職稱教授單位青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院聯(lián)系對作品的真實(shí)性以及作品的意義、水平等評價劉術(shù)亮等人從2023年進(jìn)實(shí)驗(yàn)室參與離心靜電紡絲制備有序、交叉以及絞線結(jié)構(gòu)熒光納米纖維的研究工作，取得了一些非常有意義的進(jìn)展和結(jié)果，該作品是他們近一年來的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，大局部結(jié)果尚未發(fā)表，是原創(chuàng)性工作。該作品利用自制的離心靜電紡絲裝置，可同時制備有度排列、交叉結(jié)構(gòu)以及絞線結(jié)構(gòu)的熒光納米纖維，且效果非常好，在國內(nèi)外均尚未見報道，處于領(lǐng)先水平。該作品制備的微納米熒光纖維在光電器件/傳感器、生物標(biāo)記以及熒光防偽等諸多領(lǐng)域有推廣應(yīng)用前景。利用離心靜電紡絲制備納米纖維絞線結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)原創(chuàng)性工作，該方法和裝置正在申請國家創(chuàng)造專利。申報者所在學(xué)院審核意見年月日申報作品情況〔由申報者本人填寫〕作品全稱離心靜電紡絲法制備有序、交叉及絞線結(jié)構(gòu)的熒光納米纖維展示形式及實(shí)物尺寸□軟件；□實(shí)物及尺寸：作品設(shè)計(jì)的目的和根本思路〔相關(guān)資料作為附件，例如研究報告、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、外觀圖、鑒定證書和應(yīng)用證書等〕本實(shí)驗(yàn)利用實(shí)驗(yàn)室自行搭建的離心靜電紡絲儀，通過對紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行帶有熒光性物質(zhì)〔熒光素、羅丹明B和稀土Eu配合物〕，實(shí)驗(yàn)時對實(shí)驗(yàn)條件的不斷摸索，制得了有序度較高的有序熒光納米纖維，并在有序的根底上制得了熒光納米纖維的交叉結(jié)構(gòu)，通過對離心靜電紡絲儀的收集極進(jìn)行改裝，成功獲得了納米纖維的絞線結(jié)構(gòu)。對收集到的樣品進(jìn)行測量表征：①拍攝SEM照片，分析纖維形貌，利用相關(guān)軟件統(tǒng)計(jì)纖維有序度；②拍攝熒光照片，分析熒光纖維的發(fā)光特性；③測量熒光光譜，得到熒光纖維激發(fā)光譜峰值所對應(yīng)的激發(fā)波長。作品的創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)難點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用情況本實(shí)驗(yàn)以離心靜電紡絲技術(shù)以及熒光知識為理論根底，利用實(shí)驗(yàn)室自行搭建并申請國家專利〔專利申請?zhí)?202310184068.1〕的離心靜電紡絲裝置，成功制得了有序度極高以及交叉結(jié)構(gòu)的熒光納米纖維；對裝置進(jìn)行改造制得了絞線結(jié)構(gòu)纖維，巧妙地將靜電紡絲領(lǐng)域的平行、交叉以及絞線三種重要紡絲結(jié)構(gòu)用一臺儀器制作出來。技術(shù)上，紡絲纖維形貌受環(huán)境影響很大，由于實(shí)驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)室自行搭建，并沒有進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計(jì)，整個過程實(shí)驗(yàn)者參與較多，很難做到對環(huán)境溫濕度的精確控制，給實(shí)驗(yàn)帶來了一些困難。研究制備的有序及交叉微納米熒光纖維作為納米發(fā)光器件、光傳感器、納米材料識別標(biāo)記以及熒光防偽等方面都有很好的實(shí)用價值以及潛在的應(yīng)用；原創(chuàng)的絞線結(jié)構(gòu)制備方法，可用于制作人工肌肉等微機(jī)電系統(tǒng)，還可以用于制備絞線結(jié)構(gòu)p-n結(jié)電子器件；本作品所用到微納米纖維收集方法，在導(dǎo)電納米纖維、納米陶瓷纖維等其它的領(lǐng)域都具有很廣泛的實(shí)際應(yīng)用。其他說明利用離心靜電紡絲制備納米纖維絞線結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)原創(chuàng)性工作，該方法和裝置正在申請國家創(chuàng)造專利。評審委員會意見組委會秘書處資格審查□通過審查□未通過審查審查人〔簽名〕年月日評審小組成績小組內(nèi)排名：得分：組長〔簽名〕年月日評審會終審建議□特等獎□一等獎□二等獎□三等獎□未獲獎主任〔簽名〕年月日編碼：山東省第三屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽研究報告作品名稱：離心靜電紡絲法制備有序、交叉及絞線結(jié)構(gòu)熒光納米纖維學(xué)校全稱：青島大學(xué)申報者姓名：劉術(shù)亮指導(dǎo)教師：龍?jiān)茲山淌陬悇e：□實(shí)驗(yàn)方法研究〔A類〕□自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器〔B類〕□物理量智能化測量〔C類〕□實(shí)驗(yàn)?zāi)M與仿真〔D類〕□實(shí)用創(chuàng)新〔E類〕離心靜電紡絲法制備有序、交叉以及絞線結(jié)構(gòu)的熒光納米纖維學(xué)生：劉術(shù)亮趙南王玉娜黃亞麗指導(dǎo)教師：龍?jiān)茲山淌谡罕緢F(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)室自行搭建的低壓離心靜電紡絲裝置〔國家創(chuàng)造專利申請?zhí)?202310184068.1〕，利用低壓離心靜電紡絲法制備了有序排列、交叉排列以及絞線結(jié)構(gòu)的熒光納米纖維〔摻雜熒光物質(zhì)為熒光素、羅丹明B或稀土Eu配合物〕。通過掃描電鏡〔SEM〕對纖維的有序度以及微觀形貌進(jìn)行了分析與表征，并用熒光光譜儀和熒光照片對各種樣品的熒光性質(zhì)進(jìn)行了測量表征。研究制備的微納米熒光纖維作為納米發(fā)光器件、光傳感器、納米材料標(biāo)記以及熒光防偽等方面的應(yīng)用是今后研究熒光物質(zhì)摻雜的微納米纖維方向的重點(diǎn)。關(guān)鍵詞：靜電紡絲離心靜電紡絲熒光納米纖維有序纖維交叉纖維絞線結(jié)構(gòu)一、背景介紹：1.1靜電紡絲簡介：早在20世紀(jì)30年代[12]，A.Fomhals就已經(jīng)在其專利中報道了利用高壓進(jìn)行靜電紡絲。靜電紡絲技術(shù)(Electrospinningtechnique)是使帶電的高分子溶液(或熔體)在靜電場中流動變形，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻而固化，從而得到纖維狀物質(zhì)的一種方法，是一種簡單、方便、廉價且無污染的一種比擬有效的紡絲技術(shù)，設(shè)備簡單和實(shí)驗(yàn)本錢較低，纖維產(chǎn)率較高，制備出的纖維比外表積較大〔纖維直徑最小可達(dá)幾個納米[13]〕，具有較廣泛的適用性[1]，并且適用于許多不同種類的材料。這些優(yōu)點(diǎn)使靜電紡絲納米纖維在民用、軍事等諸多領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用[11,2,4]。靜電紡絲的原理和設(shè)備非常簡單，如圖1(a)所示：高壓電源提供高壓，正極接在注射器〔紡絲溶液容器〕的不銹鋼針頭上，負(fù)極〔接地〕接在作為收集板的鋁箔上。所施加的電壓一般在7～30kV之間，針頭到收集極的距離〔工作距離〕一般為8～20cm。實(shí)驗(yàn)時，將紡絲溶液裝入注射器內(nèi)，并加上高電壓。由于高壓電場的作用，紡液在針頭處形成“泰勒錐〞。當(dāng)電場力克服外表張力后，“泰勒錐〞紡液形成被極化的纖維射流，朝收集板的方向快速移動。在高壓電場中，纖維射流被拉伸細(xì)化或發(fā)生劈裂，同時溶劑快速揮發(fā)，在收集板上就得到了微納米尺度的纖維。由于紡絲過程中諸多不穩(wěn)定因素的影響，傳統(tǒng)靜電紡絲得到的納米纖維是以無紡布形式存在的，纖維排列十分凌亂，這給一些實(shí)際應(yīng)用帶來了不小的困難，圖1(b)即為用傳統(tǒng)靜電紡絲方法制備的摻雜0.2wt%熒光素纖維掃描電鏡SEM照片。近年來，很多科研人員致力于改良傳統(tǒng)靜電紡絲裝置以制備有序排列結(jié)構(gòu)的納米纖維，圓筒〔滾筒〕收集[15]、狹縫收集[18]、輔助外電場或磁場收集[8]、框架收集[14]等不同方法和技術(shù)被陸續(xù)提出和報道。1.2離心靜電紡絲簡介：本實(shí)驗(yàn)所在課題組申請的國家創(chuàng)造專利“一種制備有序排列和交叉結(jié)構(gòu)納米纖維的低壓離心靜電紡絲裝置〞〔申請專利號202310184068.1〕利用低壓離心靜電紡絲技術(shù)能制備有序排列和交叉結(jié)構(gòu)的納米纖維，在制備納米電子器件[7]和光學(xué)器件等方面有著廣泛的潛在應(yīng)用，離心靜電紡絲裝置的示意圖2(a)和實(shí)物圖2(b)。采用該裝置制備的纖維有序度可以到達(dá)90%以上，明顯高于其它平均70%的有序度，如圖2(c)。該裝置的優(yōu)點(diǎn)之一就是紡絲噴頭隨圓盤轉(zhuǎn)動但纖維收集極固定不動，方便制備有序排列和交叉結(jié)構(gòu)納米纖維。圖1.傳統(tǒng)靜電紡絲裝置實(shí)物圖〔a〕用傳統(tǒng)靜電紡絲裝置制備的熒光纖維〔b〕圖2.離心靜電紡絲裝置示意圖〔a〕自組裝實(shí)物圖〔b〕〔c〕離心靜電紡絲裝置制備的18%純聚苯乙烯PS有序纖維(MoticSMZ168體式顯微鏡照片)1.3熒光纖維簡介： 1、熒光纖維主要就是通過在纖維溶液中摻雜具有熒光性質(zhì)的物質(zhì)，如：熒光素、羅丹明B及各種稀土配合物等，通過靜電紡絲法制得的帶有熒光性質(zhì)的纖維。2、熒光機(jī)理：某些物質(zhì)經(jīng)紫外線照射后，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，很快又以熱能或電磁輻射的方式回到基態(tài)，如果激發(fā)態(tài)分子以電磁輻射的形式釋放能量，就稱為光致發(fā)光。最常見的光致發(fā)光現(xiàn)象為熒光和磷光。熒光物質(zhì)摻雜的微納米纖維的制備：由于微納米纖維巨大的比外表積而能改變熒光物質(zhì)的發(fā)光效率和提高顯示的分辨率。在靜電紡絲的前驅(qū)體溶液中參加熒光物質(zhì)制備熒光物質(zhì)摻雜的微納米纖維。熒光物質(zhì)濃度、微納米纖維的尺寸等對熒光物質(zhì)的發(fā)光強(qiáng)度和熒光發(fā)射峰中心都有很大的影響。研究制備的微納米纖維作為納米發(fā)光器件、光傳感器、納米材料標(biāo)記及熒光防偽等方面的應(yīng)用是研究熒光物質(zhì)摻雜的微納米纖維的重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)局部：2.1實(shí)驗(yàn)儀器：DW-P403-1ACCC高壓直流電源，MCS～51系列單片微機(jī)多功能電子天平；FAVIMAT—AIROBOT全自動單絲纖維測試儀；2ml醫(yī)用注射器，JSM-6390掃描電子顯微鏡，Leica熒光顯微鏡，HJ—2磁力加熱攪拌器，自制低壓離心靜電紡絲裝置，如圖2(b)所示。2.2實(shí)驗(yàn)藥品：PS〔Polystyrene，聚苯乙烯〕，PMMA〔Polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯〕，DMF〔N,N-Dimethylformamide，N,N-二甲基甲酰胺〕，THF〔Tetrahydrofuran，四氫呋喃〕，羅丹明B，熒光素，稀土Eu配合物。所有藥品均為分析純。2.3紡液配制：1號紡液：羅丹明B:PS=1:50〔質(zhì)量比〕，摻雜18%聚苯乙烯PS溶液〔溶劑為THF〕。2號紡液：熒光素:PMMA=1:50〔質(zhì)量比〕，摻雜13%的PMMA的溶液〔溶劑THF:DMF=2:1〔體積比〕〕。3號紡液：稀土Eu:PS=1:30〔質(zhì)量比〕，摻雜18%PS溶液〔溶劑THF〕，用電子天平稱量好樣品，用磁力攪拌器攪拌均勻待用。2.4實(shí)驗(yàn)介紹：2.4.1有序熒光納米纖維制備：將紡絲溶液參加到一個帶有針頭的2ml注射器〔圖2(a)—1〕內(nèi)〔注射器針頭直徑約為1mm〕，將注射器固定到離心靜電紡絲儀的圓盤〔圖2(a)—3〕上，將高壓電源與針頭連接，調(diào)節(jié)高壓電源電壓、轉(zhuǎn)速及針頭與收集極的距離〔圖2(a)—10〕，從噴頭噴出的紡絲溶液在電場力、離心力及重力作用下，被拉成微納米級的纖維絲落到收集玻璃片上，形成有序排列的納米纖維。交叉結(jié)構(gòu)熒光納米纖維制備：將已制得的有序排列纖維的玻璃片旋轉(zhuǎn)90度，在相同的條件下繼續(xù)收集，形成交叉結(jié)構(gòu)熒光納米纖維，如果用同一種溶液紡絲將會得到相同物質(zhì)的交叉結(jié)構(gòu)微納米纖維，如果在已制得的有序排列纖維上用另一種溶液電紡，那么將會得到不同物質(zhì)交叉的微納米纖維，這在制備納米器件方面將會有很大的應(yīng)用前景。絞線結(jié)構(gòu)制備：1〕如圖3(a)先通過離心靜電紡絲法，在收集板1上形成有序排列的紡絲纖維2，與此同時就會在圓形鋁箔的缺口處形成粘附在3上的有序排列的搭連結(jié)構(gòu)。2〕用細(xì)棒將斷的或太靠近搭連棒邊緣的纖維去除掉，并將搭連棒和與其較近處的鋁箔間的纖維切斷。3〕將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置電壓調(diào)到最小，關(guān)上電機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速盡量使電機(jī)由慢到快的平穩(wěn)過渡，一段時間后就會形成絞線結(jié)構(gòu)。如圖3(b)所示：絞線結(jié)構(gòu)傘絞線結(jié)構(gòu)傘狀結(jié)構(gòu)123圖3.收集板上有序搭連的纖維示意圖〔a〕絞線結(jié)構(gòu)示意圖〔b〕實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論：3.1熒光纖維有序度表征以及制得有序纖維所需要的條件3.1.1有序度表征：利用離心靜電紡絲法制備了紡液1和紡液3的有序纖維并拍攝了SEM照片〔如圖4〕，通過照片我們發(fā)現(xiàn)纖維的有序度較高，并且纖維粗細(xì)均勻，直徑在1.4—1.9μm之間，外表形貌較好〔如圖4(c)〕。利用軟件ipwin32測量纖維的有序度，以圖片上一條纖維為基準(zhǔn)軸，測量其他纖維的傾斜角度，設(shè)定小于5°的纖維為有序度高的纖維，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)我們得到了表1的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)利用離心靜電紡絲法制備的熒光纖維有序度是極高的。圖4〔a〕羅丹明B摻雜18%PS有序纖維〔b)稀土Eu摻雜18%PS有序纖維〔c〕纖維直徑表1纖維的有序度表征3.1.2制備有序熒光纖維所需要的條件：圖5.熒光素?fù)诫s13%PMMA纖維明場下以及熒光照片注：紡液2在紡絲電壓3kV，轉(zhuǎn)速360轉(zhuǎn)/分，紡絲高度2cm的條件下制得的平行纖維結(jié)構(gòu)。根據(jù)對有序度的統(tǒng)計(jì)以及對有序熒光纖維照片〔如圖5〕的分析我們得出制的有序熒光纖維的經(jīng)驗(yàn)：1〕溶液濃度要適宜，濃度過高會導(dǎo)致針頭堵塞；過低會容易形成珠串結(jié)構(gòu)，影響纖維形貌。2〕電機(jī)轉(zhuǎn)速要與紡絲速度根本相等，轉(zhuǎn)速過低會導(dǎo)致纖維彎曲；轉(zhuǎn)速過高會使纖維拉伸，導(dǎo)致纖維斷裂或太細(xì)。3〕紡絲針尖與收集極的高度要調(diào)節(jié)好，不同溶液所需高度不盡相同，對溶劑〔四氫呋喃、酒精等〕揮發(fā)較快的紡液，高度要低一些〔2—2.5cm〕；對溶劑〔二甲基甲酰胺等〕揮發(fā)較慢的紡液，高度要高一些〔3—4cm〕。4〕實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度以及濕度要適宜，濕度過高〔大于65%〕溫度過低〔小于5攝氏度〕會導(dǎo)致紡絲溶劑揮發(fā)變慢，影響纖維形貌。3.2珠串結(jié)構(gòu)成因探索：圖6.羅丹明B摻雜18%PS纖維的SEM照片〔左二〕和熒光照片〔右一〕圖6是由1號紡液在紡絲電壓5kV，轉(zhuǎn)速420轉(zhuǎn)/分，紡絲高度2.5cm的條件下制得的平行珠串結(jié)構(gòu)，很明顯可以看出珠串(beads)結(jié)構(gòu)就是在纖維上附著小液滴形成的。珠串結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常見到的現(xiàn)象，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其成因主要有紡絲溶液太稀，電壓過高和轉(zhuǎn)速過快等因素，另外溶劑的揮發(fā)性及環(huán)境的溫濕度也會對其造成一定的影響，如果改變實(shí)驗(yàn)條件摸索最正確的溶液濃度、電壓和轉(zhuǎn)速等因素就會防止珠串的產(chǎn)生，從而獲得外觀形貌比擬光滑，直徑分布比擬均勻的熒光纖維。在纖維制備過程中由于溶液濃度、紡絲電壓和收集距離的不同會得到不同形貌的纖維，當(dāng)溶液濃度過低和紡絲電壓過高時會出現(xiàn)珠串結(jié)構(gòu)，相關(guān)文獻(xiàn)[9,10,16]對珠串形成機(jī)理已經(jīng)分析很透徹了。NikodemTomczak等[19]與SangKyunChae等[21]制備了PMMA纖維的熒光珠串結(jié)構(gòu)的發(fā)光量子點(diǎn)，但是用一般靜電紡絲法制備的纖維是無序狀態(tài)，因此形成的珠串也是無序狀態(tài)，具有不可控性，對發(fā)光量子點(diǎn)在光學(xué)器件方面的應(yīng)用有很大的限制。離心靜電紡絲對纖維取向在一定程度上具有可控性，但離心靜電紡絲對紡絲電壓具有很大的敏感性，實(shí)驗(yàn)中我們知道，紡絲電壓過高會導(dǎo)致纖維的螺旋化或無序化，對纖維的珠串化有一定影響但不是很大，因此我們降低了溶液的濃度來得到有序排列的平行珠串結(jié)構(gòu)纖維。由于離心靜電紡絲纖維取向的可控性，因此沿纖維排列的珠串用離心靜電紡絲制備時也具有方向的可控性，如果紡絲條件摸索的更加準(zhǔn)確的話，可以制備出形貌更好的平行珠串結(jié)構(gòu)，在制備平行熒光發(fā)光量子點(diǎn)作為發(fā)光器件方面有很大的潛在應(yīng)用前景。3.3交叉結(jié)構(gòu)熒光納米纖維：圖7.熒光素?fù)诫s13%PMMA交叉結(jié)構(gòu)纖維的熒光照片圖8.熒光素?fù)诫s13%PMMA〔縱向〕與羅丹明B摻雜18%PS〔橫向〕交叉結(jié)構(gòu)圖7是由紡液2在紡絲電壓5kV，轉(zhuǎn)速420轉(zhuǎn)/分，紡絲高度2.5cm條件下制得的交叉纖維結(jié)構(gòu)，不同方向紡絲條件相同；圖8是1號和2號紡液在電壓5kV，轉(zhuǎn)速420轉(zhuǎn)/分，紡絲高度2.5cm相同條件下制得的。由熒光照片可以看出，熒光素在熒光顯微鏡下顯示綠色，羅丹明B那么顯示紅色。只要兩種不同材料制備有序纖維的離心靜電紡絲參數(shù)都知道就可以分兩個步驟得到不同材料交叉結(jié)構(gòu)的纖維，首先將一種材料進(jìn)行離心靜電紡絲在收集極上制備有序排列的纖維陣列，然后將收集極旋轉(zhuǎn)90°，并將離心電紡的材料換成預(yù)先配備好的并調(diào)整好制備有序陣列的參數(shù)就可以制備不同材料垂直交叉結(jié)構(gòu)的微陣列，圖8為摻雜羅丹明B的PS纖維和摻雜熒光素的PMMA纖維的交叉結(jié)構(gòu)纖維的熒光顯微鏡照片，從熒光顯微鏡照片中可以明顯的看到垂直交叉的橫向?yàn)閾诫s羅丹明B的PS纖維，縱向?yàn)閾诫s熒光素的PS纖維，利用摻雜不同顏色熒光物質(zhì)可以很有效的識別不同的纖維。這種制備微米級交叉結(jié)構(gòu)的方法方便快速又簡便廉價，在制備納米電子器件和光學(xué)器件方面有很大的優(yōu)勢和潛在應(yīng)用價值。3.4絞線結(jié)構(gòu)熒光纖維圖9.熒光素?fù)诫s13%PMMA絞線結(jié)構(gòu)的傘狀局部〔左〕、絞線局部〔中〕和熒光照片〔右〕絞線結(jié)構(gòu)的獲得使離心靜電紡絲儀的功能拓展，絞線結(jié)構(gòu)使多根納米纖維結(jié)合在一起，可以提升微納米纖維的機(jī)械強(qiáng)度，增加納米纖維的可操作性，絞線結(jié)構(gòu)的獲得有多種方法，PaulD.Dalton等[20]利用雙環(huán)收集法獲得了納米纖維的絞線結(jié)構(gòu)；Lu-QiLiu等[17]利用旋轉(zhuǎn)圓錐收集法制得了納米纖維絞線結(jié)構(gòu)，本方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：紡絲纖維數(shù)目準(zhǔn)確可控：二維分布的紡絲纖維，可以通過絞絲之前的有序搭連或傘狀〔如圖9所示〕局部在光學(xué)顯微鏡下數(shù)出纖維根數(shù)。絞線結(jié)構(gòu)形貌好：〔1〕離心靜電紡絲法可以制有序度較高的搭連?！?〕電壓較低，不會出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象?！?〕纖維二維分布，可以方便的用細(xì)棒將不適宜的纖維去除。(4〕在絞的過程中，因紡絲搭連寬度相對于長度較小，再加上纖維本身的韌性，使得搭連棒兩側(cè)的纖維一般不會出現(xiàn)段絲的現(xiàn)象?？煞奖銣y量單根纖維的力學(xué)性能：單根纖維所承受拉力極小，現(xiàn)有設(shè)備無法測量，由于本裝置得到的樣品可以在不破壞纖維形貌的前提下確定絞線根數(shù)〔傳統(tǒng)方法是將絞線切割后通過SEM照片觀察橫切面計(jì)數(shù)的〕，絞線的力學(xué)性能確定后，可以確定單根纖維的力學(xué)性能。表二為FAVIMAT—AIROBOT全自動單絲纖維測試儀測量的98根純PS〔聚苯乙烯〕納米纖維的拉力作用曲線，最大拉力約為0.55cN，纖維強(qiáng)度約為1.75cN/tex〔絞線直徑20μm，線密度為3.14dtex〕。計(jì)算得單根纖維所承受最大拉力約為5.6×10-5N，單根纖維的強(qiáng)度約為0.8cN/tex〔纖維直徑3μm，線密度為7×10-2dtex)，即每平方毫米面積可以承受8N左右的拉力。表二純PS絞線結(jié)構(gòu)纖維的受力變化曲線3.5熒光譜圖分析:圖10(a)羅丹明B/PS熒光光譜(b)熒光素/PMMA熒光光譜(c)稀土Eu/PS熒光光譜我們用熒光分光光度計(jì)分析了纖維的熒光特性，由于纖維量很少，因而纖維的熒光強(qiáng)度很低。纖維的高度取向性還使纖維在垂直于熒光光譜儀狹縫和平行于熒光光譜儀狹縫熒光纖維物質(zhì)量的不同，從而導(dǎo)致纖維在不同方向上熒光強(qiáng)度不同，這點(diǎn)與無紡布形式的纖維熒光強(qiáng)度有差異，無紡布纖維的無序分布導(dǎo)致各個方向纖維量幾乎相同，因而無紡布的纖維強(qiáng)度與無紡布放置的方向沒有關(guān)系。圖10(a)(b)(c)分別為羅丹明B，熒光素和Eu(aspirin)3(Phen)摻雜PS有序纖維的垂直于和平行于熒光光譜儀狹縫的熒光光譜，可以看到垂直于狹縫和平行于狹縫纖維熒光強(qiáng)度有所不同，但都可以看到明顯的熒光發(fā)射。羅丹明B在494nm光激發(fā)下產(chǎn)生610nm的熒光，熒光素在376nm激發(fā)下產(chǎn)生492.4nm的熒光，Eu(aspirin)3(Phen)在330nm光激發(fā)下產(chǎn)生617.2nm的熒光。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：利用離心靜電紡絲法，通過對實(shí)驗(yàn)條件的不斷摸索，我們得到了摻雜熒光素、羅丹明B以及稀土Eu配合物溶液的最正確有序紡絲條件，通過掃描電鏡SEM對各種樣品的有序度和熒光纖維形貌進(jìn)行了分析表征；定性的總結(jié)了離心靜電紡絲法中實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、紡絲高度、紡絲電壓以及紡液濃度對熒光纖維形貌及有序度影響的一般規(guī)律；對熒光纖維珠串結(jié)構(gòu)的成因以及其作為熒光量子點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)行了說明；利用離心靜電紡絲法可以方便的獲得垂直交叉結(jié)構(gòu)的摻雜相同或不同的熒光纖維，其在熒光防偽[3,5,6]等方面有著潛在的應(yīng)用；絞線結(jié)構(gòu)熒光纖維的獲得使離心靜電紡絲儀的功能得到拓展，絞線結(jié)構(gòu)使多根納米纖維結(jié)合在一起，可以提升微納米纖維的機(jī)械強(qiáng)度，增加納米纖維的可操作性，并可以大幅度提升纖維的熒光強(qiáng)度；利用熒光顯微鏡和熒光光譜儀對熒光纖維進(jìn)行測量，進(jìn)而對纖維的熒光性質(zhì)進(jìn)行了表征。五、參考文獻(xiàn)[1]劉娜,楊建忠.靜電紡納米纖維的研究及應(yīng)用進(jìn)展[期刊論文]-合成纖維工業(yè)2006(03):46-49.[2]史文紅，趙成如，金剛．經(jīng)典紡絲技術(shù)在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]．中國醫(yī)療器械信息，2006，12(5)：17—22.[3]唐愛民，劉澤明，孫志華等.熒光防偽纖維熒光特性及其在防偽紙中的應(yīng)用研究[J].造紙科學(xué)與技術(shù)，2007，26(6)：66-70.[4]尹桂波．納米纖維支架在組織工程中的應(yīng)用進(jìn)展[J]．南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(綜合版)，2007，7(2)：15—18.[5]張慧茹，黃素萍，龔靜華，宣路．熒光纖維的結(jié)構(gòu)與性能[J]．上海紡織科技，2003，31(2)：13—16.[6]張慧茹，黃素萍，龔靜華，吳軍，宣路．熒光纖維的特性研究[J]．合成纖維，2003，(5)：18—2l.[7]DAPENGLI,MARGARETW,FreyandAntjeJ.Baeumner.Electrospunpoly(vinylalcoh01)/glucoseoxidasebioeompositemembranesforbiosensorapplications[J].JournalofMembraneScience2006,279:354-363.[8]DeitzelJM.KleinmeyerJ.HirvonenJK.Controlleddepositionofelectrospunpoly(ethyleneoxide)fibers.Polymer2001,42:8163-8170.[9]D.H.Reneker,A.L.Yarin,Electrospinningjetsandpolymernanofibers,Polymer49,2387-2425(2023)andreferencestherein．[10]D.H.Reneker,A.L.Yarin,etal.,Bendinginstabilityinelectrospinningofnanofibers,J.Appl.Phys.89(2001)2598-2606.T.Han,D.H.Reneker,andA.L.Yarin,Bucklingofjetsinelectrospinning,Polymer48,6064-6076(2007).T.Han,D.H.Reneker,andA.L.Yarin,Pendulum-likemotionofstraightelectrifiedjets,Polymer49,2160-2169(2023).[11]DoshiJ.Nanofiber-basednonwovencomposites：propertiesandapplications.NonwovensWorld2001(09):64-68.[12]FormhalsA,Processandapparatusforpreparingartificialthreads.U.S.Patent.1934,No.1975504.[13]GIBSONH,GIBSONP,SENECALK,etal.Protectivetextilematerialsbasedonelectrospunnanofibers.JournalofAdvancedMaterial2002,34(3):44-55.[14]HuangZM.ZhangYZ.KotakiMAreviewonpolymernanofibersbyelectrospinningandtheirapplicationsinnanocomposites.CompositesScienceandTechnology2003,63:2223-2253.[15]Katta