用于可穿戴光电设备的智能材料已经吸引了大量的研究关注,柔性可拉伸的白光发射弹性体(WLEEs)在新一代照明、显示和光电器件中发挥了重要作用。传统WLEEs的构筑一般有两种途径,一是在合成具有多种发光基团的白光分子,二是通过多种荧光分子的耦合实现白光发射。相比白光分子的合成,互补色荧光分子的高效耦合具有成本低、易于大规模制备的优势,但是如何克服分子间的荧光共振能量转移(FRET)和聚集诱导猝灭(ACQ)实现高效发光,获得多功能的WLEEs仍是一项巨大挑战。
鉴于此,文章报道了一种具有刺激响应行为的Janus白光纳米纤维,它具有高效白光发射和特殊气体刺激响应功能。文中合成了具有不同环境敏感性的蓝色和橙色 AIEgens,然后通过并排静电纺丝将其封装在纳米纤维的两侧,以制备刺激响应的白光Janus-NFs。在蓝橙AIEgens质量比为3:1的情况下,实现了CIE坐标约为(0.33, 0.31)的高效稳定的白光发射。此外,Janus-NFs的荧光对其拉伸变形的敏感性用于可视化纳米纤维在拉伸过程中微观结构的演变;对 HCl 和 NH3 体现出荧光变色响应,展示了白光 Janus-NF 在智能织物、柔性传感和防伪包装中的应用前景,相关工作以“Janus-Structural AIE Nanofiber with White Light Emission and Stimuli-Response”为题发表在《Small》上。北京化工大学博士研究生赵世坤为论文第一作者,材料学院潘凯教授、孙江曼副教授和高精尖创新中心顾星桂教授为论文通讯作者,北京化工大学为论文唯一完成单位。
图1 可拉伸白光纳米纤维膜的制备与荧光性能表征
如图1所示,合成了具有不同荧光颜色和刺激响应功能的AIEgens,通过并排静电纺丝将其封装在TPU纳米纤维两侧制备了Janus结构的可拉伸纳米纤维。作者通过TEM和CLSM的荧光性质对Janus-NFs的微结构进行了验证,Janus结构有效地实现了两种荧光分子的空间隔离,从而限制FRET实现高效荧光发射。当蓝橙AIEgens的掺杂比例为3:1时,Janus-NFs实现了高效稳定的白光发射。同时展示出了良好地柔韧性与可拉伸性,能够满足柔性可穿戴材料的复杂形变。
图2. 白光纳米纤维膜的拉伸变色响应与气体变色响应
Janus-NFs在制备过程中通过调节纺丝环境的参数可以实现对溶剂挥发速率的调控,可以实现纳米纤维的溶并形成物理交联点,物理交联点在纳米纤维网络中能够起到限制纳米纤维滑移传递应力的作用,从而提高纳米纤维膜的拉伸性能,因此Janus-NFs展现出接近7 MPa的拉伸强度。在应力作用下Janus-NFs的微结构会发生形变从而影响FRET 过程,其荧光性质发生变化,表现出一定的应力刺激响应行为,同时可以通过荧光性质的变化可以实现应力作用下聚集微环境的表征。同时,Janus-NFs中的AIEgens具有不同的功能基团,在检测到氨气或盐酸时能够产生不同的变色行为。在氨气环境中随着时间延长,Janus-NFs从白光变为蓝色,展现出不可逆的变色响应。而Janus-NFS遇到HCl气体时会从白光发射逐渐变绿,并且具有快速响应与回复的特性,具有良好的灵敏度与稳定性。最后作者展示了该可拉伸白光Janus-NFs在LED传感、双重防伪与可穿戴智能织物方面的应用。
全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201117
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