绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括四个步骤：(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe3O4纳米晶；(2)沉淀法制备Tb(BA)3phen；(3)配制纺丝液，分别配制三种纺丝液；(4)制备绿色荧光电磁三功能[(Fe3O4/PVP)@(Tb(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]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。所制备的绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维同时具有良好的绿色发光‑导电‑磁性三功能。本发明专利技术的方法简单易行，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。

Green fluorescent electromagnetic three function Janus nanofiber and its preparation method

The invention relates to a green fluorescent electromagnetic three function Janus nanofiber and a preparation method thereof, belonging to the technical field of nanometer material preparation. The invention comprises four steps: (1) preparation of oleic acid coated Fe3O4 nanocrystals by precipitation method; (2) preparation of Tb (BA) 3phen by precipitation method; (3) preparation of spinning solution, three spinning liquids respectively; (4) preparation of green fluorescent electromagnetic three function [(Fe3O4/PVP) @ (Tb (BA) 3phen/ PVP)]//[PANI/PVP]Janus nanofibers, with two strands specially designed and made. Parallel spinning spinneret was prepared by electrospinning. The green fluorescent electromagnetic three function Janus nanofiber has three functions: green emission, magnetic conductivity and magnetism. The method of the invention is simple and feasible, and can be produced in batches. The new one dimensional nanostructured material has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体说涉及绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
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。稀土金属铽配合物Tb(BA)3phen，Tb3+为铽离子，BA为苯甲酸，phen为邻菲啰啉，因铽离子独特的电子构型而成为具有独特性能的绿色发光材料，如发光强度高、稳定性好、荧光量子产率高、单色性好等优点，是一种广泛应用的绿色荧光材料。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、稀土铽发光配合物Tb(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Tb(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)@(Tb(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]绿色荧光电磁三功能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,etal.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]；QingbiaoYang,etal.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[JournalofColloidandInterfaceScience,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[JournalofNanoparticleResearch,2012,14(10):1203-1209]、Tb(BA)3phen/PANI/PVP光电双功能复合纳米纤维[化学学报,2012,70(14),1576-1582]和Eu(BA)3phen/PANI/Fe3O4/PVP光电磁三功能纳米纤维[JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics,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[ChemicalEngineeringJournal,2014,254,259-267]、磁性光色可调的Janus纳米纤维[RSCAdvances,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。本专利技术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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维，其特征在于，由(Fe3O4/PVP)@(Tb(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，同时具有绿色发光、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。

【技术特征摘要】
1.绿色荧光电磁三功能Janus纳米纤维，其特征在于，由(Fe3O4/PVP)@(Tb(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，同时具有绿色发光、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所述的绿色荧光电磁三功能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)@(Tb(BA)3phen/PVP)]//[PANI/PVP]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5.4060gFeCl3·6H2O，2.7800gFeSO4·7H2O，4.04gNH4NO3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Tb(BA)3phen配合物将1.8693gTb4O7粉末溶解于10mL浓硝酸中，加热蒸干除去多余的硝酸得到Tb(NO3)3·6H2O晶体，加入20mL无水乙醇，配制成Tb(NO3)3的乙醇溶液，将1.8320g苯甲酸和0.9910g邻菲罗啉共同溶于100mL的无水乙醇中，再将所制备的Tb(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50-60℃，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Tb(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1.6gN,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0.75gPVP和0.1125gTb(BA)3...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文生，奚雪，马千里，王进贤，李丹，王昕璐，杨铭，刘桂霞，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22