靜電紡絲法組裝一維納米結(jié)構(gòu)單元及組裝體的性能研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)在制備一維納米材料方面具有簡(jiǎn)單快捷、規(guī)?；?、纖維形貌可控等顯著的優(yōu)勢(shì)，特別是通過(guò)將功能化組分直接加入到電紡溶液中能夠制備各種復(fù)合纖維，克服了許多傳統(tǒng)合成方法的缺點(diǎn)。另一方面，在電紡碳納米管等一維納米材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)碳納米管在電紡纖維內(nèi)會(huì)沿纖維軸向排列，因此利用靜電紡絲技術(shù)組裝一維納米材料成為可能。迄今為止，盡管納米材料表現(xiàn)出新穎的或者更好的性質(zhì)，然而將納米構(gòu)筑單元大范圍組裝成功能性宏觀材料、并保持組裝體的穩(wěn)定性仍是當(dāng)前該領(lǐng)域的一

2、個(gè)挑戰(zhàn)。
　　 本論文將集中闡述如何通過(guò)靜電紡絲技術(shù)實(shí)現(xiàn)電紡纖維與一維功能性納米單元的有效復(fù)合、組裝及組裝體的性能研究。通過(guò)電紡各種一維納米結(jié)構(gòu)單元，成功制備了納米復(fù)合纖維，充分證明了靜電紡絲技術(shù)在大范圍組裝一維納米結(jié)構(gòu)單元方面的廣泛適用性、穩(wěn)定性及簡(jiǎn)單快捷性等特點(diǎn);由電紡纖維和納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的柔性自支撐無(wú)紡布具有可調(diào)控的光性能，并且在表面增強(qiáng)拉曼(SERS)及光熱殺傷癌細(xì)胞等方面表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。取得的主要研究結(jié)果如下:

3、
　　 1、發(fā)展了通過(guò)靜電紡絲技術(shù)在聚乙烯醇(PVA)纖維內(nèi)大范圍組裝金納米棒的有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，金納米棒均沿著電紡纖維軸向排列，從而證明靜電紡絲技術(shù)可有效地組裝金納米棒。與傳統(tǒng)組裝方法相比，本方法具有操作簡(jiǎn)便、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組裝等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)改變電紡溶液中金納米棒的濃度，可以調(diào)節(jié)電紡纖維內(nèi)金納米棒之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電紡膜光學(xué)性能的調(diào)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與金納米棒水溶液及相應(yīng)的電紡溶液涂布膜相比，具有相同顆粒濃度的電紡膜的橫向等

4、離子體共振波長(zhǎng)(TPB)和縱向等離子體共振波長(zhǎng)(LPB)均明顯紅移;隨著金納米棒濃度的增加，復(fù)合薄膜的LPB則明顯藍(lán)移，并且寬化，而TPB沒(méi)有明顯變化，從而證明組裝對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響。制備的AuNR/PVA復(fù)合電紡纖維薄膜可作為SERS基底進(jìn)行應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，柔性自支撐復(fù)合薄膜對(duì)3，3'-二乙基硫菁碘鹽(DTTCI)分子有顯著的SERS效應(yīng)，在作為SERS基底進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，具有高重現(xiàn)性及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)將PVA交聯(lián)，制備的包覆有

5、金納米棒的復(fù)合薄膜有很好的光熱效應(yīng):在808 nm紅外光照射下，尺寸為10×5 mm2大小的復(fù)合膜在60 s內(nèi)即可將1 mL水由23℃加熱到50℃;將復(fù)合薄膜像創(chuàng)可貼一樣直接覆蓋在癌細(xì)胞培養(yǎng)基上，進(jìn)行癌細(xì)胞殺傷性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大部分癌細(xì)胞在30 s內(nèi)即可被殺傷。由此證明制備的復(fù)合膜在殺傷癌細(xì)胞方面具有使用方便，效率高等優(yōu)點(diǎn)。
　　 2、基于以上有關(guān)組裝金納米棒這種單組份納米顆粒的基礎(chǔ)上，展示了靜電紡絲技術(shù)對(duì)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)單

6、元的組裝。首先通過(guò)靜電吸附成功制備由相同維度、不同材料組成的金納米棒-銀納米線組裝體。研究發(fā)現(xiàn)，金納米棒在銀納米線兩側(cè)以頭對(duì)頭方式排列形成串狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制金納米棒與銀納米線的比例，可以改變銀納米線上金納米棒間距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的調(diào)控;進(jìn)一步利用靜電紡絲技術(shù)將這種組裝體包覆在聚合物纖維內(nèi)并進(jìn)一步排列，使金納米棒-銀納米線組裝體沿著電紡纖維軸向排列，實(shí)現(xiàn)二次組裝。對(duì)制備的電紡薄膜進(jìn)行了光學(xué)表征，發(fā)現(xiàn)與復(fù)合納米顆粒溶液及涂布膜相比，

7、相應(yīng)的電紡薄膜的LPB明顯紅移，并且峰變寬。同樣對(duì)幾種基底進(jìn)行SERS研究，發(fā)現(xiàn)具有相同量的金納米棒-銀納米線組裝體的電紡膜比相應(yīng)的涂布膜表現(xiàn)出更強(qiáng)的SERS效應(yīng)以及更好的穩(wěn)定性，進(jìn)一步證明了組裝對(duì)復(fù)合納米纖維膜性能的促進(jìn)作用。另外，制備由相同材料組成的Au/SiO2/Au復(fù)合納米結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)靜電紡絲技術(shù)將其固定在聚合物纖維內(nèi)并對(duì)其排列，制備復(fù)合功能薄膜，研究SiO2層的刻蝕程度對(duì)復(fù)合薄膜性能的影響。
　　 3、進(jìn)一步發(fā)展了利

8、用磁場(chǎng)輔助的靜電紡絲技術(shù)大范圍組裝超長(zhǎng)納米線。首先將制備的高長(zhǎng)徑比銀納米線進(jìn)行電紡后，發(fā)現(xiàn)銀納米線被很好地包覆在PVP電紡纖維中，并且均沿著纖維軸向平行排列;通過(guò)改變電紡溶液中銀納米線的濃度，可調(diào)控單根電紡纖維內(nèi)銀納米線的數(shù)量;利用磁場(chǎng)輔助的收集技術(shù)進(jìn)行收集，可獲得由平行排列的電紡纖維組成的電紡薄膜，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)納米纖維膜中銀納米線的平行排列。另外利用聚合物本身的柔軟性，制備了具有不同交叉角度的膜狀材料和螺旋結(jié)構(gòu)的纖維組裝體。相鄰的銀納

9、米線之間存在著電磁場(chǎng)，通過(guò)改變?nèi)肷涔獾钠窠嵌瓤梢哉{(diào)控電紡薄膜的紫外-可見(jiàn)光譜，進(jìn)一步證明了靜電紡絲技術(shù)對(duì)銀納米線的有效組裝。此外，靜電紡絲超細(xì)碲納米線，證明靜電紡絲技術(shù)不但可以大面積組裝銀納米線這種剛性較強(qiáng)的一維材料，而且可以排列像碲納米線這種超細(xì)柔性一維材料。研究發(fā)現(xiàn)，選擇碲納米線不能很好分散地溶劑配置電紡溶液時(shí)，靜電紡絲之后碲納米線以束狀組裝體包覆在聚合物纖維內(nèi)，并沿著纖維排列，形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。由于碲納米線本身具有很