一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维及其制备方法和在温度传感检测中的应用技术

本发明专利技术公开了一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维及其制备方法和在温度传感检测中的应用。本发明专利技术的荧光传感纤维通过熔融纺丝制备而成，为一种接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物荧光纤维，所述聚合物为具有共轭给体

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维及其制备方法和在温度传感检测中的应用


[0001]本专利技术涉及一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维及其制备方法和在温度传感检测中的应用，属于荧光传感测温


技术介绍

[0002]温度测量和监控是环境管理和工业生产的关键。为了适应不同的应用条件，研究人员开发了各种温度计。例如，市面上的玻璃温度计和电子传感器(如电阻温度计和热电偶)在我们的日常生活中广泛使用，具有准确、易读、方便和与其他设备兼容的优点。然而，这些传感器有一定的局限性，因为它们只能提供被测液体或固体的某一点的温度。虽然设置多个通道及测量点可以用于多点测量，但很难实现具有空间和时间分辨率的梯度传感。因此，光纤传感器成为了分布式温度传感的有力候选。由单根光纤制成的设备具有多重传感器的功能，在不需要电流的情况下，记录沿物体整个长度的温度值。尽管这些光学传感器具有很高的性能，但大多数器件的生产工艺复杂、体积大、柔韧性低，通常需要复杂的外部光电元件或耦合电路，使得其应用受到阻碍，难以实现广泛应用和推广。
[0003]作为一种替代策略，荧光技术为空间和时间温度测量提供了一种简单、准确、易读的方法。荧光材料在紫外无接触控制下使用，避免了对外部电路或多个复杂纳米制造步骤的依赖。通常，含有荧光探针和聚合物基体的荧光材料可以设计成不同结构的温度传感因子，以适应各种场景，使用温度响应发光探针将热信号转换为光学读出。在荧光材料的基础上人们已经研制了几种温度传感器。然而，它们主要利用的是不同温度下发射强度的测量，这依赖于激发功率和探测器的灵敏度；而且荧光强度在很窄的温度范围内才会发生变化，不适合在较宽的温度范围内进行直接观测。聚集诱导发射发光分子(AIEgens)，具有典型的分子转子结构，三维扭曲构象能够保持固态下高效的发光及灵敏的环境敏感性，是温度传感的极好候选者。当环境温度升高时，聚合物段运动并发生相变，触发AIEgens的分子内运动，从而产生显著的荧光变化，可用于温度可视化。基于四苯乙烯的几种AIE体系已经成功地用于基于荧光强度变化的温度测量，或使用典型的供体(D)
‑
受体(A)结构进行基于发射颜色变化的传感。但由于以往的研究多集中在物理混合体系上，嵌入式AIEgens无法直接与聚合物链动力学相关联，在一定程度上失去了敏感性和准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：针对现有技术的缺陷与问题，提出一种具有AIE特性的可视化光纤温度传感器，以检测物体表面及内部连续的温度分布，该温度传感器基于一种具有聚集诱导发光(AIE)特性的荧光纤维，该纤维基体聚合物分子具有共轭给体
‑
受体(D
‑
A)结构，可以灵敏的感应高分子链微环境的变化，从而在温度变化过程中发生荧光信号的改变，实时可视化温度变化及温度分布。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维，为
一种接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物荧光纤维，所述聚合物为具有共轭给体
‑
受体结构的温敏性聚合物，所述四苯基乙烯衍生物与聚合物之间为共价连接。
[0006]优选地，所述聚合物为接枝有四苯基乙烯衍生物的聚碳酸亚丙酯，其化学结构式如式I所示：
[0007][0008]所述聚合物的分子量M
n
＝30
‑
50kg/mol。
[0009]优选地，所述AIE荧光纤维是通过熔融纺丝将接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物纺丝粒料纺成丝条，进行丝条收集获得荧光纤维。
[0010]优选地，所述AIE荧光传感纤维的特点为：纤维直径在100～300μm，具有良好的柔性；随着温度由
‑
60℃升高至160℃，荧光发射波长从517nm逐渐增加到522nm，荧光强度降低105。
[0011]本专利技术还提供了上述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维的制备方法，通过熔融纺丝制备，包括如下步骤：
[0012]步骤1：将接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物原料烘干，去除水分和溶剂；
[0013]步骤2：将步骤1经过干燥处理的原料造粒后获得聚合物纺丝料粒，该聚合物纺丝料粒再通过熔融纺丝后进行丝条收集获得荧光纤维。
[0014]优选地，所述步骤2中造粒是通过双螺杆挤出造粒；所述熔融纺丝的温度为150
‑
250℃。
[0015]本专利技术还提供了上述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维在温度传感检测中的应用。所述应用具体实现原理为：通过荧光仪器检测收集信号，将温度信号通过RGB信号与荧光信号相关联，用MATLAB将荧光信号转化为RGB信息，进而获得可视化的温度图像。
[0016]优选地，包括作为温度传感器用于可视化检测温度的应用，该温度传感器在20℃和90℃之间具有稳定性，可循环使用大于10次。
[0017]优选地，所述温度传感器的有效检测范围为
‑
40～140℃，检测精度为
±
0.5～1℃。
[0018]优选地，包括用于检测平行阵列多点温度分布、植入隔热材料内部检测内部一维线性温度分布或制备成螺线圈型温度计测量液体中二维空间温度分布。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术提供了一种具有温度敏感性和聚集诱导发光(AIE)特性的荧光纤维，该纤维基体聚合物分子具有共轭给体
‑
受体(D
‑
A)结构，可以灵敏的感应高分子链微环境的变化，从而在温度变化过程中发生荧光信号的改变，实时可视化温度变化及温度分布；该荧光纤维具有良好的柔性，可任意弯折、编织；该荧光纤维荧光信号变化明显，在
‑
60～160℃荧
光发射波长从517nm逐渐增加到522nm，荧光强度降低105；
[0021](2)本专利技术所提供的荧光纤维可作为温度传感器进行应用，具有良好的循环使用性，在20～90℃之间可重复10次以上，信号稳定；温度传感器信号随纤维基体分子链的变化而变化，有效检测范围为
‑
40到140℃，测量精度为
±
0.5～1℃，响应时间小于1s，具有检测范围大、测量精确、灵敏度高的检测优势；该温度传感器可以测量点、线、面、体的多维连续温度及温度分布，打破了常用温度计只能测量点温度的限制；该温度传感器可以在液体中使用，不会发生泄漏、破坏；该温度传感器制备简单，价格低廉，操作简单，方便携带；
[0022](3)本专利技术所提供的荧光纤维温度传感器具有柔性，可任意弯折、缠绕，可以适用于不同的不规则检测表面；其直径为100μm到300μm之间，可以轻易植入待测物实现无损实时温度检测；
[0023](4)本专利技术所提供的荧光纤维温度传感器在紫外无接触控制下使用，避免了对外部电路或多个复杂纳米制造步骤的依赖，是多种领域温度测量的理想材料；且制备材料可完全生物降解，对环境友好，避免了一次性光纤温度传感器潜在的环境污染本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有温度响应的AIE荧光传感纤维，其特征在于，为一种接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物荧光纤维，所述聚合物为具有共轭给体
‑
受体结构的温敏性聚合物，所述四苯基乙烯衍生物与聚合物之间为共价连接。2.如权利要求1所述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维，其特征在于，所述聚合物为四苯基乙烯衍生物接枝的聚碳酸亚丙酯，其化学结构式如式I所示：所述聚合物的分子量M
n
＝30
‑
50kg/mol。3.如权利要求1所述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维，其特征在于，所述AIE荧光传感纤维是通过熔融纺丝将接枝有四苯基乙烯衍生物的聚合物纺丝粒料纺成丝条，进行丝条收集获得荧光纤维。4.如权利要求1所述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维，其特征在于，所述AIE荧光传感纤维的特点为：纤维直径在100～300μm，具有良好的柔性；随着温度由
‑
60℃升高至160℃，荧光发射波长从517nm逐渐增加到522nm，荧光强度降低105。5.权利要求1～4中任意一项所述的具有温度响应的AIE荧光传感纤维的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美芳，于晓晓，陈林峰，成艳华，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：