Alq3/聚合物納米纖維復(fù)合物結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性

摘 要：首先用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）與N，N-二甲基甲酰胺（DMF）配制紡絲前驅(qū)體溶液，用靜電紡絲技術(shù)制備出了直徑均勻、表面光滑的PMMA納米纖維，再向體系中引入8-羥基喹啉鋁（Alq3）分子，制備了的Alq3/PMMA復(fù)合體系的納米纖維。采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）、X射線能量色散光譜（EDX）對(duì)所制得的Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維進(jìn)行形貌表征和結(jié)構(gòu)認(rèn)證，證實(shí)了Alq3分子均勻分布在納米纖維上，同時(shí)，顯現(xiàn)了獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：納米纖維；靜電紡絲；熒光發(fā)光；Alq3材料

中圖分類號(hào)：TB383.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.078

Alq3是一種新型的、性能優(yōu)異的有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光材料，在外界條件激發(fā)下發(fā)出可見區(qū)熒光，是一種具有很高熒光率的有機(jī)小分子材料。有機(jī)發(fā)光材料與聚合物納米纖維復(fù)合，由于納米纖維具有極大的比表面積和極大的長(zhǎng)徑比，形成很大的網(wǎng)絡(luò)，不僅可將聚合物納米纖維的柔韌性、易操作性與有機(jī)發(fā)光材料的發(fā)光特性等結(jié)合起來(lái)，而且還可以提高材料的穩(wěn)定性，在光電領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價(jià)值。利用靜電紡絲技術(shù)將有機(jī)發(fā)光材料摻雜到聚合物納米纖維中，可以制備出直徑為納米級(jí)的纖維，并具有特殊的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。

本文對(duì)含Alq3的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物共混物進(jìn)行靜電紡絲，制備Alq3/聚合物纖維納米復(fù)合材料，并對(duì)Alq3/PMMA復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），8-羥基喹啉鋁（Alq3），N，N-二甲基甲酰胺（DMF）均為分析純。

1.2 聚合物納米纖維制備

稱取1.2 gPMMA粉末加入到10 mLDMF中，在45 ℃條件下攪拌1 h。然后在室溫下攪拌15 h直到PMMA完全溶解于DMF中，制得均一、透明的靜電紡絲溶液。靜電紡絲條件：接收板與噴絲頭間距離大約為20 cm，紡絲電壓為10 kV，聚合物溶液流速為2 mL/h，紡絲頭直徑為1 mm，接收時(shí)間為4 h，得到一層納米纖維膜。

1.3 Alq3/聚合物納米纖維復(fù)合材料的制備

將1.2 g的Alq3粉末在45 ℃的條件下攪拌5 min，Alq3充分溶解于DMF中，溶液澄清。然后加入質(zhì)量為1.2 g的PMMA，在45 ℃條件下攪拌1 h，停止加熱，最后在室溫下攪拌15 h，制得均一透明的Alq3/PMMA前驅(qū)體溶液。在靜電紡絲條件不變的情況下，得到一層復(fù)合納米纖維膜。

1.4 測(cè)試分析

Alq3/聚合物納米纖維復(fù)合材料的形貌采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（XL30ESEM-FEG）觀察；復(fù)合納米纖維膜的光致發(fā)光性能采用熒光光譜儀（Varian Corp）觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）分析

利用靜電紡絲技術(shù)制備的純PMMA納米纖維膜的SEM照片如圖1所示。

從圖1中可以看出，用靜電紡絲技術(shù)制備出純PMMA納米纖維纖維可紡性較好，制備的纖維尺寸分布均勻，直徑約800～900 nm，纖維表面光滑且纖維彼此間沒(méi)有交連現(xiàn)象。

Alq3/聚合物納米纖維復(fù)合材料的SEM照片如圖2所示。從圖2中可以看出，加入1.2 gAlq3后，成功制備了Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維，樣品形貌沒(méi)有發(fā)生改變，纖維表面沒(méi)有因?yàn)锳lq3的加入發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，纖維直徑依然在800～900 nm之間。

2.2 X射線能量色散光譜圖（EDX）分析

圖3為Alq3/PMMA復(fù)合纖維EDX圖，其是通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）獲得的，是用來(lái)分析樣品的元素成分的。從圖中我們可以看到，Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維中存在C、O、Al、N元素，是Alq3中的主要元素，上述說(shuō)明Alq3已經(jīng)被成功摻雜到納米纖維中。

2.3 熒光光譜

圖4為熒光光譜圖，其中，紅色線和藍(lán)色線分別是Alq3粉末和Alq3/PMMA納米纖維的熒光激發(fā)光譜，固定發(fā)射單色器的波長(zhǎng)是504 nm，狹縫寬度為5 mm。從圖中我們可以看出Alq3粉末和Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維薄膜的激發(fā)光譜形狀完全一致。由于實(shí)驗(yàn)無(wú)法測(cè)量出Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維薄膜中Alq3的質(zhì)量，無(wú)法保證Alq3粉末和Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維薄膜中Alq3的量一致，所以此圖無(wú)法比較兩者的熒光強(qiáng)度。在激發(fā)光譜中，Alq3粉末的最大激發(fā)峰為373 nm，主要是由于分子內(nèi)的π→π*電子躍遷的貢獻(xiàn)所導(dǎo)致的；Alq3/PMMA納米纖維的最大激發(fā)峰是268 nm，分子間的π→π*電子躍遷貢獻(xiàn)最大。Alq3/PMMA復(fù)合纖維比Alq3粉末的分子間的π→π*電子躍遷發(fā)生了一定的藍(lán)移，藍(lán)移了18 nm。

圖4中黑色線和綠色線分別是Alq3粉末和Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維的熒光發(fā)射光譜，固定激發(fā)波長(zhǎng)為380 nm。Alq3粉末的最大熒光發(fā)射峰處于506 nm，Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維分最大熒光發(fā)射峰的位置發(fā)生了一定的紅移，紅移的最大熒光發(fā)射峰處于514 nm，相比Alq3粉末的熒光發(fā)射峰紅移了8 nm。引起這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維中的Alq3分散在纖維中，分子間作用力大于Alq3固體粉末的分子間作用力，Alq3分子的能級(jí)勢(shì)壘升高，因而發(fā)生了紅移現(xiàn)象。

3 結(jié)論

利用靜電紡絲技術(shù)制備出纖維表面光滑、尺寸均勻、直徑為800～900 nm的復(fù)合納米纖維，其纖維形貌與純PMMA納米纖維基本一致，并對(duì)制備的Alq3/PMMA復(fù)合納米纖維進(jìn)行了熒光測(cè)試，發(fā)現(xiàn)發(fā)生了一定的偏移，顯現(xiàn)了獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，是一種極具研究潛力的發(fā)光材料。

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〔編輯：王霞〕