表面等离子体共振增强染色复合纤维的光学性质研究与机制探讨

Fibers with fluorescence property have attracted intensive attentions in social life. However, applications of fluorescence dyes in the field of fibers are limited due to low fluorescence efficiency and photo-bleaching effect. The localized surface plasmon resonance (LSPR) from plasmonic nano-materials possess can enhance the fluorescence emission of nearby dye molecules through excited state coupling of fluorescence molecules and electromagnetic field effect, which can be used for improving coloration of fibers with enhanced absorption and light stability. In this proposal, enhanced fluorescence fibers will be fabricated through controlled combination of fluorescent dyes and natural fibers modified with noble metal nanoparticles. Mechanism of enhanced fluorescence from fibers involving LSPR of noble metal nanoparticles, shell on nanoparticles and film coated on fibers, will be illuminated. Dependence of color parameters of fibers on fiber types, character of spacer, and concentration and aggregation state of dye molecules will be investigated using morphological and spectroscopic analysis techniques. Controlling routs for fluorescence enhancement effect will clarified, which will pave further development in functionalization of fibers based on LSPR.

具有荧光特性的纤维材料在社会生活中的作用越来越重要，但是荧光染料较低的荧光效率和光漂白作用等限制了其在纤维领域的广泛应用。等离子纳米材料具有独特的局域表面等离子体共振（LSPR）性质，能够通过与荧光分子激发态耦合及电磁场效应增强其附近染料分子的荧光发射强度，可以提高纤维上染料的荧光效应，而且能够增强染料的光吸收和光稳定性。本项目设想通过荧光染料分子与金银贵金属纳米粒子处理的天然纤维的可控结合，构建基于LSPR的荧光增强功能性复合纤维。改变金属纳米粒子LSPR性质、粒子表面壳层修饰与纤维膜层包覆，以及染料与纤维的结合方式，研究纤维材料荧光激发与发射等光学性质的影响机制。利用形貌表征与谱学分析技术探究纤维种类、间隔层特征、染料分子浓度与聚集形态以及贵金属纳米粒子LSPR同纤维色度学参数的关联性，阐明复合荧光纤维的光学增强效应的调控规律，为进一步开发基于等离子体共振的纤维功能化技术奠定基础。

本项目按照申请书中原定设计执行，完成了各项研究内容，并形成了相应的研究成果。.本项目发展了多种方法实现金银纳米粒子与染料分子纤维复合染色，并研究了纤维上基于局域表面等离子体共振（LSPR）的荧光增强效应。发展了天然纤维的金纳米粒子原位染色方法，分析了不同反应条件下纤维的光学与色彩性质；通过自组装方法实现了贵金属纳米粒子与纤维的结合，与传统染料染色对比，探究了蛋白质纤维的纳米粒子染色的动力学规律。考察了贵金属纳米粒子与染料分子对纤维复合染色的协同效应，研究了织物纤维上基于贵金属纳米粒子LSPR的拉曼光谱增强作用。分析了贵金属纳米粒子对纤维上染料分子荧光增强效应的影响因素，考察了纤维上纳米粒子LSPR性质和粒子结合量与荧光增强的联系；并利用银纳米粒子-二氧化硅核壳结构纳米粒子构建了具有荧光增强效应的织物，探讨了粒子与染料间隔层的作用；另外发展了基于介孔二氧化硅纳米粒子的织物荧光增强方法。金银纳米粒子与染料复合染色的纤维不仅呈现出鲜艳的颜色和谱学特性，同时拓展了改性纤维材料在抗菌、抗紫外以及催化等领域的功能性应用。.在本项目资助下，发表相关的学术期刊论文15篇，会议文章1篇。联合培养博士研究生1人，硕士研究生4人，其中2人已毕业。