CN107587345A - 一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维，利用银纳米线之间的静电作用作为成膜推动力来改性纱线或织物，根据需要决定纱线或织物表面银纳米线整理的层数，最后浸渍在NaYF4:Yb,Er/Tm溶液中制备得到增强上转换荧光的银纳米线功能纤维，在可穿戴设备、高档纺织品、保暖纺织品、电热纺织品、柔性电子传感器、超弹性导电复合纤维、自供能纺织品等领域有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维，属纤维材料领域。
背景技术
随着现代电子产品逐渐微型化、集成化和柔性化和人们对可穿戴纺织品需求的提高，纺织品逐渐朝着功能化、智能化和电子化的方向发展，因而将电子元器件和传统纺织品相结合的新一代柔性可穿戴纺织品为研究热点，在生物、医学、体育、军事、娱乐、航天等领域具有巨大的应用价值。
柔性可穿戴纺织品包括纺织品、电子元器件、导电材料和电源等部分，其中导电材料在柔性可穿戴纺织品中具有极其重要的作用，主要用于传输电能和信号。通常情况下，使用聚苯胺（PANI）、聚（3,4-乙烯基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、聚吡咯、3-己基取代聚噻吩（P3HT）等导电聚合物涂覆纺织品或者将不锈钢纤维、银线与纺织纤维混编等方法，都能使纺织品获得导电性能。但是导电聚合物在实际应用中电阻偏大，且会影响纺织品的穿着舒适性、手感和透气透湿性能。不锈钢纤维和银线缺乏柔性，无法满足柔性可穿戴的需求。石墨烯、碳纳米管、一维金属纳米线等导电纳米材料的出现为柔性可穿戴纺织品的进一步发展提供了很好的契机。
银纳米线（AgNWs）具有高比表面积、导热、导电、透光、延展性、机械强度和柔性等性能，在柔性导电薄膜、太阳能电池、触摸屏、显示屏、传感器等领域应用广泛（中国材料进展, 2016(07): 545-551）。随着研究的不断深入，人们发现将AgNWs与纺织品结合具有诸多优点，是制备导电纺织品的理想方法之一。目前AgNWs导电纺织品的制备方法主要以后整理法为主，已报道的纤维类型包括：棉、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯PET）、粘胶、尼龙（聚酰胺PA）、聚氨酯（PU）、棉/氨纶包芯纱等。AgNWs与纤维之间的作用主要以范德华力和氢键形式存在的物理吸附为主，其结合牢度偏弱（化学进展, 2017, 29(8): 892-901）。
稀土上转换纳米发光材料（UCNPs）能够通过双光子或多光子机制把低能量长波辐射转换成高能量短波辐射，其具备毒性低、化学稳定性高、光稳定性强、信噪比高、发射谱带窄、荧光寿命长、反斯托克斯位移大、较大的光穿透深度、无光漂白、无背景荧光以及对生物组织无损伤等诸多优点，在免疫分析、生物标记、生物传感、生物成像、药物载体、光动力治疗、光热治疗、光导开关、信息存储、食品安全检测、光催化以及太阳能电池等领域有着广泛的研究和应用。其中NaYF4:Yb,Er/Tm是发光效率最高的UCNPs之一。
上转换发光强度是评价UCNPs的重要指标之一，遗憾的是，由于UCNPs激活离子的吸收截面太小以及UCNPs比表面积大，表面存在缺陷等特点，导致UCNPs发光效率偏低，这在很大程度上限制了UCNPs的进一步应用。例如在生物细胞或者活体荧光标记中，激发光的功率必须要低于一定的阈值，否则会对生物体造成损伤，这就要求所使用的UCNPs必须同时具备高发光强度和低激发阈值，才能满足生物医学领域的使用要求。因而如何提高上转换发光强度一直是研究的热点和难点。金属表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）作为一种可以有效提高UCNPs发光强度的方法正受到越来越多的关注。SPR增强上转换发光是指当UCNPs置于金属的表面或附近时，金属SPR效应与UCNPs相互作用，使得UCNPs荧光强度较自由态荧光强度大幅增加的现象。一般来说，只有当金属与UCNPs之间保持适当的距离（5nm≤d≤30nm），才能实现上转换荧光增强。当d<5nm，UCNPs会发生非辐射衰减，引起荧光淬灭，在此距离范围内，荧光淬灭的大小与d3成反比。而d＞30nm后，金属纳米颗粒对UCNPs的影响则非常微弱（等离子体增强上转换发光及其应用[J]. 化学进展,2016,28(11):1615-1625）。
目前常用的SPR材料主要为金属纳米颗粒，仅有少量AgNWs增强上转换荧光的文献报道。Yan使用溶剂蒸发的方法层层自组装NaYF4:Yb,Er和AgNWs，550nm处的绿光和650nm处的红光分别增强了2.3倍和3.7倍（Chemical Communications, 2009, (29):4393）。Zhao将AgNWs和NaYF4:Yb,Er依次旋涂在硅片表面，然后嵌入到丝素蛋白膜中得到一种导电和透光的自支撑丝素复合薄膜（Physical Chemistry Chemical Physics, 2016, 18: 15289）。但是上述文献采用的组装方法（溶剂挥发、旋涂）带有随机性，并不能精确控制NaYF4:Yb,Er/AgNWs自组装体系。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种增强上转换荧光的AgNWs功能纤维。
本发明通过下述技术方案予以实现：（1）将AgNWs配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与AgNWs水溶液的体积比为1:1-1:10，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰AgNWs或端羟基超支化聚合物修饰AgNWs。（2）将端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs分别配制成0.1-10g/L的水溶液，随后将纱线或织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述纱线或织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层AgNWs整理到纱线或织物的表面，随后依次在端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs整理液中重复上述操作，根据需要决定纱线或织物表面AgNWs整理的层数。（3）将上述纱线或织物浸渍在80℃、1-10g/L的PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后得到增强上转换荧光的AgNWs功能纤维。
AgNWs采用多元醇法合成，具体步骤可参考文献：彭勇宜,徐国钧,代国章,李宏建.AgNWs的多元醇法制备工艺条件研究[J]. 材料导报,2015,29(22):79-81+86；夏兴达,杨兵初,张祥,周聪华. 多元醇热法制备AgNWs及其在透明导电薄膜中的应用[J]. 功能材料,2016,47(05):5091-5095；李逸群. 液相多元醇法可控合成金属AgNWs及其在透明导电膜中的应用[D].兰州大学,2015；马晓,游芳芳,冯晋阳,赵修建. 多元醇法制备一维Ag纳米线[J]. 人工晶体学报,2014,43(03):587-591；郭瑞萍,郑敏,章海霞. 微波辅助多元醇法快速制备Ag纳米线的研究[J]. 太原理工大学学报,2013,44(01):76-80；中国发明专利CN201610804238.9；中国发明专利CN201710357029.9。
端氨基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献：端氨基超支化聚合物及其季铵盐的制备与性能[J].高分子材料科学与工程, 2009, 25(8): 141-144；CN200710020794.8一种超支化活性染料无盐染色助剂；Coloration Technology, 2007, 123(6): 351-357；AATCC Review, 2010, 10(6): 56-60；Biomacromolecules, 2010, 11(1): 245-251；Chemical Research in Chinese Universities, 2005, 21(3): 345-354。
端羟基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献：杨保平,张鹏飞,崔锦峰等.端羟基超支化聚合物的改性研究及其在涂料中的应用[J].中国涂料,2011,26(3):53-57；王学川,胡艳鑫,郑书杰等.端羟基超支化聚合物对Fe3+吸附行为研究[J].化工新型材料,2011,39(9):26-29,47；强涛涛,张国国,王学川等.端羟基超支化聚合物的合成与改性[J].日用化学工业,2012,42(6):413-417。
PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm可参考文献：中国发明专利CN201410702090.9一种PAMAM修饰的水溶性上转换纳米颗粒及其制备方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用AgNWs之间的静电作用作为成膜推动力来改性纱线或织物，最后浸渍在PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中制备得到增强上转换荧光的AgNWs功能纤维。AgNWs之间通过正负离子键的结合作用附着在纱线或织物表面，避免了使用有害的化学交联剂，降低了对纱线或织物强力的影响。改性后的纱线或织物具有优异的导电性能、上转换荧光性能和良好的耐洗、服用性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
（1）将AgNWs配制成1g/L的水溶液，然后加入1g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与AgNWs水溶液的体积比为1:1，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰AgNWs或端羟基超支化聚合物修饰AgNWs。（2）将端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs分别配制成0.1g/L的水溶液，随后将蚕丝织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中10min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述蚕丝织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中10min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干。（3）将上述蚕丝织物浸渍在80℃、1g/L的PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10min，浴比1:10，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后得到增强上转换荧光的AgNWs功能蚕丝纤维。
实施例2
（1）将AgNWs配制成5g/L的水溶液，然后加入5g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与AgNWs水溶液的体积比为1:5，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰AgNWs或端羟基超支化聚合物修饰AgNWs。（2）将端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs分别配制成5g/L的水溶液，随后将棉织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中30min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中30min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层AgNWs整理到棉织物的表面，随后依次在端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs整理液中重复一次上述操作。（3）将上述棉织物浸渍在80℃、5g/L的PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中30min，浴比1:10，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后得到增强上转换荧光的AgNWs功能棉纤维。
实施例3
（1）将AgNWs配制成10g/L的水溶液，然后加入10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与AgNWs水溶液的体积比为1:10，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰AgNWs或端羟基超支化聚合物修饰AgNWs。（2）将端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs分别配制成10g/L的水溶液，随后将Lyocell织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述Lyocell织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰AgNWs水溶液中60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层AgNWs整理到Lyocell织物的表面，随后依次在端氨基超支化聚合物修饰AgNWs和端羟基超支化聚合物修饰AgNWs整理液中重复三次上述操作。（3）将上述Lyocell织物浸渍在80℃、10g/L的PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中60min，浴比1:10，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后得到增强上转换荧光的AgNWs功能Lyocell纤维。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维的制备方法，其特征在于：
步骤一：将银纳米线配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；
步骤二：将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成0.1-10g/L的水溶液，随后将纱线或织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述纱线或织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层银纳米线整理到纱线或织物的表面，随后依次在端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线整理液中重复上述操作，根据需要决定纱线或织物表面银纳米线整理的层数；
步骤三：将上述纱线或织物浸渍在80℃、1-10g/L的PAMAM修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后得到增强上转换荧光的银纳米线功能纤维。
2.根据权利要求1所述的一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维的制备方法，其特征在于，所述银纳米线采用多元醇法合成。
3.根据权利要求1所述的一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维的制备方法，其特征在于，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1-1:10。
4.根据权利要求1所述的一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维的制备方法，其特征在于，所述纱线或织物包括天然纤维、化学纤维中的一种或多种。
5.按权利要求1制备方法得到的一种增强上转换荧光的银纳米线功能纤维。
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