CN108360077A - 光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括四个步骤：(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe3O4纳米晶；(2)沉淀法制备Eu(BA)3phen；(3)配制纺丝液，分别配制三种纺丝液；(4)制备光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维，采用特殊设计和制作的两股并行纺丝喷丝头，利用静电纺丝技术制备。所制备的光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维同时具有良好的红色发光‑导电‑磁性三功能。本发明的方法简单易行，可以批量生产，这种新型的一维纳米结构材料具有广阔的应用前景。

Description

光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体说涉及光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维及其制备方法。
背景技术
单一功能纳米材料的应用范围有限，而双功能或多功能纳米材料的应用范围更广，这类材料更具特色和吸引力，因此，多功能纳米材料受到研究者的高度关注。随着纳米科技的发展，纳米材料由单一功能，如具有发光特性，导电性或磁性，向着双功能以及多功能方向发展，如具有磁光、光电或电磁双功能以及光电磁三功能，这样可以在一种纳米结构材料上实现双功能或三功能，对纳米器件、纳米技术和相关的科学与技术的发展具有重要意义。例如，磁性-荧光双功能纳米复合材料为疾病诊断和治疗提供了一种新的平台，由于它们的双功能性质使疾病的“发现-检测-治疗”成为一体。这种纳米复合材料的使用将进一步改进诊断的效率和减少副作用，引起了研究者的高度关注。电磁双功能纳米复合物在雷达波吸收、电磁屏蔽、抗静电涂层和传感器等方面具有广阔的应用前景。
Janus材料是指两种化学组成或者一种化学组成但结构不同在同一体系具有明确分区结构，因而具有双重性质如亲水/疏水、极性/非极性，发光/导电，水平方向导电/垂直方向导电等，是材料科学领域的前沿、热点研究方向之一。目前文献报道的Janus纳米纤维都是由两根化学组成不同的纳米纤维肩并肩地并在一起组成，具有两个明确的分区结构和两种或两种以上的性质，如Janus纳米纤维的一侧纳米纤维具有发光功能，另一侧纳米纤维具有导电和磁性功能，则这种Janus纳米纤维具有发光、导电和磁性三功能。
四氧化三铁Fe3O4是一种重要而广泛应用的磁性材料。人们已经采用多种方法，如沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热与溶剂热法、热分解法、静电纺丝法等方法成功地制备出了Fe3O4纳米晶、纳米棒、纳米线、纳米膜、杂化结构、核壳结构纳米颗粒等纳米材料，技术比较成熟。稀土金属铕配合物Eu(BA)3phen，Eu3+为铕离子，BA为苯甲酸，phen为邻菲啰啉，因铕离子独特的电子构型而成为具有独特性能的红色发光材料，如发光强度高、稳定性好、荧光量子产率高、单色性好等优点，是一种广泛应用的红色荧光材料。聚苯胺PANI由于其容易合成、电导率高和环境稳定性好等优点，已经成为导电聚合物领域研究的热点之一。人们已经合成了纳米线、纳米棒、纳米管和纳米纤维等一维纳米结构的聚苯胺PANI。聚乙烯吡咯烷酮PVP是一种廉价、环保和纺丝性能良好的常用的高分子基质材料。因此，利用磁性Fe3O4纳米晶、稀土铕发光配合物Eu(BA)3phen、导电聚苯胺PANI和基质PVP构筑具有光电磁三功能特性的一维纳米结构材料是理想的物质。
已有的研究已经证明，当深颜色的导电聚苯胺PANI和磁性Fe3O4与稀土配合物直接混合，会显著降低其发光效果，因此要获得稀土配合物良好的发光效果，必须使稀土配合物与PANI和Fe3O4实现有效分离。如果将导电聚苯胺PANI、磁性Fe3O4和稀土配合物分别限域在自己独立的空间内，这样就可以在微观上实现了三者的有效分离，在宏观上光电磁三功能又可以高度集成在一维纳米结构材料上，这种新颖的一维纳米结构材料将具有重要的应用前景。为了实现这一学术思想，我们设计并构筑了[同轴纳米电缆]//[纳米纤维]特殊结构的Janus纳米纤维。以Fe3O4/PVP为芯层，以Eu(BA)3phen/PVP为壳层，构成同轴纳米电缆，与PANI/PVP纳米纤维并在一起组装成[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构的光电磁三功能Janus纳米纤维。与目前文献报道的具有两个明确分区、由[纳米纤维]//[纳米纤维]构成的Janus纳米纤维不同，所要构筑的是[同轴纳米电缆]//[纳米纤维]特殊结构的Janus纳米纤维，具有三个明确的分区结构。利用这种特殊结构的Janus纳米纤维实现了聚苯胺PANI、Fe3O4与稀土配合物三者的有效分离，从而获得性能良好的发光-导电-磁性三功能纳米纤维。这种新型的纳米结构材料将具有重要的应用前景，目前尚未见相关的文献报道。
专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning)的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维，这些纤维堆积到一起就形成了微纳米纤维膜。人们已经采用单轴静电纺丝技术制备了光电磁单一功能、双功能和三功能纳米纤维。Q.Z.Yu,et al.采用静电纺丝技术制备了具有单一导电功能的聚苯胺PANI纳米纤维[Mater.Sci.Eng.B,2008,150,70-76]；董相廷等采用静电纺丝技术制备了具有单一发光功能的PAN/Eu(BA)3phen发光纳米纤维[化工新型材料,2008,36(9),49-52]；王策等采用静电纺丝法制备了具有磁性的聚乙烯吡咯烷酮/四氧化三铁复合纳米纤维[高等学校化学学报,2006,27(10),2002-2004]；Qingbiao Yang,et al.采用静电纺丝技术制备了Fe2O3nanoparticles/Eu(DBM)3(Bath)复合双功能磁光纳米纤维[Journal ofColloid and Interface Science,2010,350,396-401]，董相廷等采用静电纺丝技术制备了Fe3O4/Eu(BA)3phen/PVP磁光双功能复合纳米纤维[Journal of NanoparticleResearch,2012,14(10):1203-1209]、Eu(BA)3phen/PANI/PVP光电双功能复合纳米纤维[高等学校化学学报,2012,33(8),1657-1662]和Eu(BA)3phen/PANI/Fe3O4/PVP光电磁三功能纳米纤维[Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2014,25(3),1309-1316]。董相廷等使用两股并行纺丝喷丝头，利用静电纺丝技术制备了[纳米纤维]//[纳米纤维]型的磁光双功能Janus纳米纤维[Chemical Engineering Journal,2014,254,259-267]、磁性光色可调的Janus纳米纤维[RSC Advances,2015,5,35948-35957]和光电磁三功能Janus纳米纤维[ChemPlusChem,2014,79(5),690-697]。目前，未见利用静电纺丝技术制备[同轴纳米电缆]//[纳米纤维]特殊结构Janus纳米纤维的相关报道。
利用静电纺丝技术制备纳米材料时，原料的种类、高分子模板剂的分子量、纺丝液的组成、纺丝过程参数和喷丝头的结构对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本发明使用特殊设计和制作的[同轴喷丝头]//[单轴喷丝头]构成的两股并行纺丝喷丝头，采用静电纺丝技术，将油酸包覆的Fe3O4纳米晶和聚乙烯吡咯烷酮PVP加入到N,N-二甲基甲酰胺DMF和氯仿的混合溶液中，配制成一个具有一定粘度的静电纺丝液，称为纺丝液I，具有磁功能，用于制备同轴纳米电缆的芯层，将Eu(BA)3(phen)和PVP加入到DMF和氯仿的混合溶液中，配制成具有一定粘度的静电纺丝液，称为纺丝液II，具有发光功能，用于制备同轴纳米电缆的壳层，将苯胺、樟脑磺酸、PVP、DMF、氯仿和过硫酸铵混合构成另一个纺丝液，其中苯胺聚合成聚苯胺PANI，称为纺丝液III，具有导电功能，用于制备Janus结构中的纳米纤维，控制纺丝液的粘度至关重要，在最佳的工艺条件下得到了[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构的光电磁三功能Janus纳米纤维。
发明内容
在背景技术中采用单轴静电纺丝技术制备了光电磁单一功能、双功能和三功能纳米纤维，采用两股并行喷丝头、使用静电纺丝技术制备了[纳米纤维]//[纳米纤维]型的磁光双功能和光电磁三功能Janus纳米纤维，所使用的原料、模板剂、溶剂和最终的目标产物与本发明的方法有所不同。本发明采用特殊设计和制作的两股并行纺丝喷丝头、利用静电纺丝技术制备了[同轴纳米电缆]//[纳米纤维]型的[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构的光电磁三功能Janus纳米纤维，为纳米纤维领域增加了一种具有新颖结构的纳米复合材料。
本发明是这样实现的，首先采用沉淀法制备出Eu(BA)3phen配合物和油酸包覆的Fe3O4纳米晶，将油酸包覆的Fe3O4纳米晶和聚乙烯吡咯烷酮PVP加入到N,N-二甲基甲酰胺DMF和氯仿的混合溶液中，配制成一个具有一定粘度的静电纺丝液，称为纺丝液I，具有磁功能，用于制备同轴纳米电缆的芯层，将Eu(BA)3(phen)和PVP加入到DMF和氯仿的混合溶液中，配制成具有一定粘度的静电纺丝液，称为纺丝液II，具有发光功能，用于制备同轴纳米电缆的壳层，将苯胺、樟脑磺酸、PVP、DMF、氯仿和过硫酸铵混合构成另一个纺丝液，其中苯胺聚合成聚苯胺PANI，称为纺丝液III，具有导电功能，用于制备Janus结构中的纳米纤维，控制纺丝液的粘度至关重要。采用两股并行纺丝喷丝头和静电纺丝技术进行静电纺丝，在最佳的工艺条件下，获得[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构的光电磁三功能Janus纳米纤维，其步骤为：
(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe3O4纳米晶
将5.4060g FeCl3·6H2O，2.7800g FeSO4·7H2O，4.04g NH4NO3和1.9000g分子量为20000的聚乙二醇溶于100mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8-10nm的Fe3O4纳米晶；取1.5000g所制备的Fe3O4纳米晶分散在已通入30min氩气的100mL去离子水中并超声分散20min，然后将溶液在氩气保护下加热到80℃，并加入1mL油酸，然后继续反应40min，将所得到的沉淀进行磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥6h，得到油酸包覆的Fe3O4纳米晶；
(2)沉淀法制备Eu(BA)3phen配合物
将1.7600g Eu2O3粉末溶解于10mL浓硝酸中，加热蒸干除去多余的硝酸得到Eu(NO3)3·6H2O晶体，加入20mL无水乙醇，配制成Eu(NO3)3的乙醇溶液，将3.6640g苯甲酸和1.8020g邻菲罗啉共同溶于100mL的无水乙醇中，再将所制备的Eu(NO3)3乙醇溶液缓慢加入其中，调节溶液的pH值为6.0-6.5之间，加热至60℃，搅拌3h，将所得到的沉淀用水和无水乙醇依次洗涤3次，将产物放在60℃烘箱中干燥12h，得到Eu(BA)3phen粉末；
(3)配制纺丝液
将0.8g油酸包覆的Fe3O4纳米晶加入到1.6g N,N-二甲基甲酰胺DMF和6.0696g氯仿混合液中并超声20min，再加入0.8g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP，搅拌24h后，得到纺丝液I；将0.75g PVP和0.1125g Eu(BA)3phen配合物加入到5.8259g氯仿和1.5066gDMF的混合溶剂中并搅拌24h，得到纺丝液II；将0.6g PVP加入到1.0125g氯仿和6.6282gDMF的混合溶剂中并搅拌2h，得到均匀的胶状液，再加入0.18g苯胺ANI和0.2245g樟脑磺酸CSA并搅拌2h后，加入0.4411g过硫酸铵APS并搅拌30min，再将混合溶液在冰水浴中磁力搅拌2-3h后，放入5℃的冰箱冷藏室中24h，得到纺丝液III；
(4)制备光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维
两股并行纺丝喷丝头由一根单独的不锈钢针头和一组同轴不锈钢针头并行构成，将截平的8#不锈钢针头插入到截平的16#不锈钢针头中，尖端处于同一平面形成同轴结构的针头，将另一支截平的12#不锈钢针头弯曲30°后，固定到同轴不锈钢针头的一边，使这根不锈钢针头和同轴不锈钢针头的尖端紧密并行，并处于同一平面，最后采用一支1mL塑料喷枪头套在三根不锈钢针头上，使三根不锈钢针头的尖端处于塑料喷枪头的中间部分，将8#不锈钢针头连接上2.5mL注射器作为内纺丝管，16#不锈钢针头连接上5mL注射器作为外纺丝管，12#不锈钢针头连接上5mL注射器作为单独的纺丝管，然后将纺丝液I加入到内纺丝管中，纺丝液II加入到外纺丝管中，纺丝液III加入到单独的纺丝管中，采用竖喷方式，接收装置为铁丝网，其它纺丝参数为：纺丝电压为13kV，针尖与收集网间距为16cm，环境温度为26℃，相对湿度20％-30％，得到光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维。
在上述过程中所制备的[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维，由同轴纳米电缆和纳米纤维肩并肩地并在一起组成，同轴纳米电缆和纳米纤维的平均直径为600nm；在276nm的紫外光激发下，[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维发射出主峰位于616nm的明亮红光；[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维平均电导率为4.740×10-4S·cm-1；[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的饱和磁化强度为5.85emu/g，所制备的特殊结构Janus纳米纤维具有良好的发光-导电-磁性三功能，实现了发明目的。
附图说明
图1是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的XRD谱图；
图2是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的TEM照片，该图兼做摘要附图；
图3是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的SEM照片；
图4是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的激发光谱图；
图5是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的发射光谱图；
图6是光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的磁滞回线图。
具体实施方式
本发明所选用的氧化铕Eu2O3的纯度为99.99％，苯甲酸，邻菲罗啉，N,N-二甲基甲酰胺，氯仿，六水合三氯化铁，七水合硫酸亚铁，硝酸铵，分子量为20000的聚乙二醇，硝酸，分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮，无水乙醇，氨水，苯胺，樟脑磺酸，过硫酸铵，油酸，氩气均为市售分析纯产品；去离子水实验室自制；所用的玻璃仪器和设备是实验室中常用的仪器和设备。
实施例：将5.4060g FeCl3·6H2O，2.7800g FeSO4·7H2O，4.04g NH4NO3和1.9000g分子量为20000的聚乙二醇溶于100mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8-10nm的Fe3O4纳米晶；取1.5000g所制备的Fe3O4纳米晶分散在已通入30min氩气的100mL去离子水中并超声分散20min，然后将溶液在氩气保护下加热到80℃，并加入1mL油酸，然后继续反应40min，将所得到的沉淀进行磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥6h，得到油酸包覆的Fe3O4纳米晶；将1.7600g Eu2O3粉末溶解于10mL浓硝酸中，加热蒸干除去多余的硝酸得到Eu(NO3)3·6H2O晶体，加入20mL无水乙醇，配制成Eu(NO3)3的乙醇溶液，将3.6640g苯甲酸和1.8020g邻菲罗啉共同溶于100mL的无水乙醇中，再将所制备的Eu(NO3)3乙醇溶液缓慢加入其中，调节溶液的pH值为6.0-6.5之间，加热至60℃，搅拌3h，将所得到的沉淀用水和无水乙醇依次洗涤3次，将产物放在60℃烘箱中干燥12h，得到Eu(BA)3phen粉末；将0.8g油酸包覆的Fe3O4纳米晶加入到1.6g N,N-二甲基甲酰胺DMF和6.0696g氯仿混合液中并超声20min，再加入0.8g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP，搅拌24h后，得到纺丝液I；将0.75g PVP和0.1125g Eu(BA)3phen配合物加入到5.8259g氯仿和1.5066g DMF的混合溶剂中并搅拌24h，得到纺丝液II；将0.6g PVP加入到1.0125g氯仿和6.6282g DMF的混合溶剂中并搅拌2h，得到均匀的胶状液，再加入0.18g苯胺ANI和0.2245g樟脑磺酸CSA并搅拌2h后，加入0.4411g过硫酸铵APS并搅拌30min，再将混合溶液在冰水浴中磁力搅拌2-3h后，放入5℃的冰箱冷藏室中24h，得到纺丝液III；两股并行纺丝喷丝头由一根单独的不锈钢针头和一组同轴不锈钢针头并行构成，将截平的8#不锈钢针头插入到截平的16#不锈钢针头中，尖端处于同一平面形成同轴结构的针头，将另一支截平的12#不锈钢针头弯曲30°后，固定到同轴不锈钢针头的一边，使这根不锈钢针头和同轴不锈钢针头的尖端紧密并行，并处于同一平面，最后采用一支1mL塑料喷枪头套在三根不锈钢针头上，使三根不锈钢针头的尖端处于塑料喷枪头的中间部分，将8#不锈钢针头连接上2.5mL注射器作为内纺丝管，16#不锈钢针头连接上5mL注射器作为外纺丝管，12#不锈钢针头连接上5mL注射器作为单独的纺丝管，然后将纺丝液I加入到内纺丝管中，纺丝液II加入到外纺丝管中，纺丝液III加入到单独的纺丝管中，采用竖喷方式，接收装置为铁丝网，其它纺丝参数为：纺丝电压为13kV，针尖与收集网间距为16cm，环境温度为26℃，相对湿度20％-30％，得到光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维。所述的光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维中含有立方相Fe3O4纳米晶，见图1所示；所述的光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维，由一根同轴纳米电缆和一根纳米纤维肩并肩地并在一起组成，形成Janus结构，同轴纳米电缆的芯层是Fe3O4/PVP，壳层是Eu(BA)3phen/PVP，纳米纤维是PANI/PVP，见图2所示；所述的光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维中，同轴纳米电缆和纳米纤维的平均直径为600nm，见图3所示；以616nm作为监测波长，光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维在200-360nm处有一个宽的激发带，其峰值在276nm处，可归为配体的π→π*跃迁，见图4所示；在276nm的紫外光激发下，光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维发射出主峰位于616nm的明亮红光，它对应于Eu3+的5D0→7F2能级跃迁，见图5所示；所制述的光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维具有较强的磁性，饱和磁化强度为5.85emu/g，见图6所示；应用霍尔效应测试仪测得光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的平均电导率为4.740×10-4S·cm-1。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维，其特征在于，由(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)同轴纳米电缆和PANI/PVP纳米纤维肩并肩地并在一起组成Janus纳米纤维，同时具有红色发光、导电和磁性三种功能，同轴纳米电缆和纳米纤维的平均直径为600nm。
2.一种如权利要求1所述的光电磁三功能特殊结构Janus纳米纤维的制备方法，其特征在于，采用特殊设计和制作的两股并行纺丝喷丝头，利用静电纺丝技术，制备产物为[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维，其步骤为：
(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe3O4纳米晶
将5.4060g FeCl3·6H2O，2.7800g FeSO4·7H2O，4.04g NH4NO3和1.9000g分子量为20000的聚乙二醇溶于100mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8-10nm的Fe3O4纳米晶；取1.5000g所制备的Fe3O4纳米晶分散在已通入30min氩气的100mL去离子水中并超声分散20min，然后将溶液在氩气保护下加热到80℃，并加入1mL油酸，然后继续反应40min，将所得到的沉淀进行磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥6h，得到油酸包覆的Fe3O4纳米晶；
(2)沉淀法制备Eu(BA)3phen配合物
将1.7600g Eu2O3粉末溶解于10mL浓硝酸中，加热蒸干除去多余的硝酸得到Eu(NO3)3·6H2O晶体，加入20mL无水乙醇，配制成Eu(NO3)3的乙醇溶液，将3.6640g苯甲酸和1.8020g邻菲罗啉共同溶于100mL的无水乙醇中，再将所制备的Eu(NO3)3乙醇溶液缓慢加入其中，调节溶液的pH值为6.0-6.5之间，加热至60℃，搅拌3h，将所得到的沉淀用水和无水乙醇依次洗涤3次，将产物放在60℃烘箱中干燥12h，得到Eu(BA)3phen粉末；
(3)配制纺丝液
将0.8g油酸包覆的Fe3O4纳米晶加入到1.6g N,N-二甲基甲酰胺DMF和6.0696g氯仿混合液中并超声20min，再加入0.8g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP，搅拌24h后，得到纺丝液I；将0.75g PVP和0.1125g Eu(BA)3phen配合物加入到5.8259g氯仿和1.5066g DMF的混合溶剂中并搅拌24h，得到纺丝液II；将0.6g PVP加入到1.0125g氯仿和6.6282g DMF的混合溶剂中并搅拌2h，得到均匀的胶状液，再加入0.18g苯胺ANI和0.2245g樟脑磺酸CSA并搅拌2h后，加入0.4411g过硫酸铵APS并搅拌30min，再将混合溶液在冰水浴中磁力搅拌2-3h后，放入5℃的冰箱冷藏室中24h，得到纺丝液III；
(4)制备光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维
两股并行纺丝喷丝头由一根单独的不锈钢针头和一组同轴不锈钢针头并行构成，将截平的8#不锈钢针头插入到截平的16#不锈钢针头中，尖端处于同一平面形成同轴结构的针头，将另一支截平的12#不锈钢针头弯曲30°后，固定到同轴不锈钢针头的一边，使这根不锈钢针头和同轴不锈钢针头的尖端紧密并行，并处于同一平面，最后采用一支1mL塑料喷枪头套在三根不锈钢针头上，使三根不锈钢针头的尖端处于塑料喷枪头的中间部分，将8#不锈钢针头连接上2.5mL注射器作为内纺丝管，16#不锈钢针头连接上5mL注射器作为外纺丝管，12#不锈钢针头连接上5mL注射器作为单独的纺丝管，然后将纺丝液I加入到内纺丝管中，纺丝液II加入到外纺丝管中，纺丝液III加入到单独的纺丝管中，采用竖喷方式，接收装置为铁丝网，其它纺丝参数为：纺丝电压为13kV，针尖与收集网间距为16cm，环境温度为26℃，相对湿度20％-30％，得到光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维，由同轴纳米电缆和纳米纤维肩并肩地并在一起组成，同轴纳米电缆和纳米纤维的平均直径为600nm；在276nm的紫外光激发下，[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维发射出主峰位于616nm的明亮红光；[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维平均电导率为4.740×10-4S·cm-1；[(Fe3O4/PVP)@(Eu(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]特殊结构Janus纳米纤维的饱和磁化强度为5.85emu/g，所制备的特殊结构Janus纳米纤维具有良好的红色发光-导电-磁性三功能。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109252290A (zh) * 2018-08-29 2019-01-22 长春理工大学 磁光各向异性导电特殊结构Janus纳米带阵列膜
CN113897693A (zh) * 2021-11-24 2022-01-07 东北电力大学 一种集成式柔性Janus纳米纤维压电传感材料及其制备方法

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