静电纺丝法辅助组装一维纳米结构单元及组装体的光电性能研究

When nanoparticles with anisotropic structures are electrospun within fibres, electrospinning technique could assemble the nanoparticles in large scale and has the advantage of broad applicability, efficiency and stability. This finding is of great significance in terms of preparation and mechanism of functional nanocomposites. However, the reports concerning the use of electrospinning technology to assemble nanoparticles are relatively rare, as well as the impact of alignment on the performance of the composites, and the electrospinning object also needs further expansion. Herein, this project aims to assemble one dimensional (1D) nanounites within functional polymer nanofibres by electrospinning technique, and further investigate the impact of assembly on the composite’s performance: firstly, preparing the composite nanofibres of gold nanorods and thermo-responsive polymer (Poly(N-isopropyl acrylamide)(PNIPAM)) by electrospinning technique, and investigating the optical properties of the composites at different temperatures; secondly, loading reduced graphene oxide on the surfaces of the above composite nanofibres, and studying the conductive performance of the composites under laser simulation, and trying to obtain one new kind of light-control electric switch; lastly, electrospinning the thermoelectric materials of Bi3Te2 nanowires and Poly(vinylidene fluoride)(PVDF) to obtain composites with excellent thermoelectric performance, and further investigating the impact of alignment on the thermoelectric performance of the composites.

静电纺丝技术能够大范围地组装具有各向异性结构的纳米颗粒，并且具有广泛适用性、稳定性及简单快捷性等特点。这一发现在功能材料的制备及其机理研究方面具有重要意义。然而，目前有关利用静电纺丝技术组装纳米颗粒，进而研究组装对复合材料性能影响的报道仍然比较少见，特别是电纺对象需要进一步扩展。因此，本项目旨在利用静电纺丝技术实现一维纳米结构单元与功能高分子的有效复合及组装，并研究纳米颗粒排列对复合材料性能的影响。首先，利用静电纺丝技术制备金纳米棒与热敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺的光响应性复合纤维膜，研究不同温度下纤维膜的光学性质；其次，在上述复合纤维表面载负还原态石墨烯纳米片等导电材料，研究激光刺激条件下复合材料的导电性能的变化，制备一种新型的光控电开关；最后，以热电材料碲化铋纳米线及聚偏氟乙烯为电纺对象，利用两者的协同作用制备热电材料，并研究纳米线的排列对复合材料热电性能的影响。

本项目旨在利用静电纺丝技术实现一维纳米结构单元与功能高分子的有效复合及组装，并研究纳米颗粒排列对复合材料性能的影响。根据项目研究计划，顺利开展研究工作。取得的主要成果如下：1.成功利用静电纺丝技术制备了金纳米棒（AuNRs）/聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）非水溶性复合纤维凝胶。通过将AuNRs的光热效应和PNIPAM的热响应性相结合，所制备的AuNRs/PNIPAM复合纤维凝胶表现出很好的光/热响应性及极快的升温速率（5s即可由室温升到60 oC），并对机理进行了研究； 2. 通过进一步地对制备的AuNRs/PNIPAM复合纤维凝胶膜后处理制备了一种新型光控开光，该开关具有高稳定性，高灵敏性及耐酸碱等优点，克服了传统电开关的一些缺点；3. 利用静电纺丝技术制备了UCNPs/TiO2, UCNPs/CdS/TiO2; UCNPs/CdS/SiO2; UCNPs/CdS/PVP; UCNPs/TiO2/PVP等系列复合纳米纤维。由于上转换的荧光材料可以将近红外光转换为紫外-可见-近红外光，所以上转换荧光纳米结构材料可以将受激的光子能量有效的传递给半导体材料。上转换核壳结构纳米材料的合成技术的发展与组装为系统研究稀土离子掺杂的不同结构材料的荧光寿命以及量子效率提供了重要的保证，上转换荧光纳米结构材料与半导体的组装为研究两种材料的能量传递的系统研究提供了坚实的基础。因此，宏量组装的UCNPs/TiO2, UCNPs/CdS/TiO2; UCNPs/CdS/SiO2; UCNPs/CdS/PVP; UCNPs/TiO2/PVP系列纳米结构材料，可以充分的利用太阳能，广泛用于红外光催化，染料敏化太阳能电池以及生物分子的检测等领域。通过本项目的实施，以第一作者和/或通讯作者发表SCI论文7篇，授权国家专利2项。