有机荧光纤维微纳结构对其光学性能影响的研究

有机共轭聚合物在电致发光显示器、光电池等高新领域的应用备受瞩目，其中微纳结构赋予此类材料特殊的光电效应，促使人们不断探索研究其影响机理。本项目旨在通过调控荧光纤维的形貌特征，揭示不同纤维聚集状态下其光学效应发生变化的机理。主要研究内容包括：(1) 有机共轭聚合物的设计合成，通过将萘、芴类发色基团引入到高分子主链中，制备新型可溶性高性能聚芳醚类化合物；(2)荧光纤维的可控制备，通过研究新型聚合物的可纺性，调控纤维纺丝工艺，制备不同微纳结构的静电纺纤维膜；(3)纤维光学性能研究，通过探索纤维聚集状态下其表面形貌特征对光学性能影响的机理，实现纤维荧光颜色可调控性和稳定性。本项目将为高分子有机光电材料的大规模制备，以及高效光电柔性器件的制备做理论和应用方面的拓展性研究。

本项目通过分子设计的方法，在分子主链中引入柔性基团或者引入大体积的侧基和功能性基团来改善有机发光材料的可加工性及其光学性能，并且通过材料结构控制，揭示微纳结构对有机共轭聚合物纤维荧光颜色变化影响的机理.. 本项目将大体积共平面性较强的萘环及芴环结构单元引入到聚合物的主链中，制备了一系列具有良好溶解性和热性能的聚芳醚，并对聚合物的结构和性能进行了详细的研究。该类聚合物在室温下可溶于NMP, DMAc和DMF，以及通常的低沸点有机溶剂CHCl3, CH2Cl2和THF。在提高聚合物溶解性的同时，也保持了商品化聚芳醚优异的热性能，其玻璃化温度(Tg)在250 °C以上，氮气气氛下10%热失重的温度(T10)达450 °C。同时，进一步利用静电纺技术将合成出的系列可溶性对可溶性聚芳醚电纺纤维膜的形态控制进行了研究，确定最佳纺丝浓度以及溶剂配比，得到直径均匀的电纺纤维膜，利用聚合物/溶剂/非溶剂体系在纺丝过程中的相分离原理，深入探讨了纤维膜表面微观形态与纺丝条件的关系。当浓度在5-15 wt%范围内可以得到不同表面微观形貌的5-10 µm形态均匀的聚芳醚电纺纤维。为了进一步探索聚合物纤维膜表面形态对其光学性能的影响，不同形貌特征的纤维膜的紫外及荧光光谱被对比研究。其紫外可见光谱在300-340 nm范围内有较强的吸收峰；荧光显微镜下也可以观察到三种颜色的荧光，其荧光光谱测试结果为(激发波长(nm)，颜色)：330, 蓝色; 450, 黄绿色; 520, 红色。但是当纤维结构中具有较大聚集时，其荧光强度相对纤维形态均匀的纤维膜要小。项目中通过静电纺工艺制得的纤维膜均有荧光性，这说明静电纺纤维在牵伸过程中能有效减少荧光基团的猝灭效应。为今后柔性荧光材料的开发奠定基础。