电热致荧光变色纤维的制备及其自结晶相变机制研究

作     者：段明汗 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王霁龙;马莹

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：智能纺织品 热致荧光变色 荧光变色纤维 相变材料 自结晶相变 

摘      要：智能变色纺织品因其独特的光学性能在军事伪装、光学记录、防伪、传感等领域有巨大的应用潜力而受到广泛的关注。纤维作为纺织材料的基本结构单元,基于一维智能变色纤维构建智能变色织物是更理想的方案。因此,开发适用性良好、响应性快捷的荧光变色纤维材料具有重要的科研价值。在本论文中,利用脂肪酸在加热、冷却过程中的结晶/熔融转变,驱动荧光团聚集态变化以实现荧光颜色的可逆变化,最终制备了一种电热致荧光变色纤维,具体的研究内容如下:(1)以脂肪酸为基质,混合香豆素荧光团,制备了一种可逆热致荧光变色材料并对其自结晶相变机制进行了分析。对香豆素衍生物在聚集与分散状态下的荧光发射行为进行研究,基于十六酸自结晶相变的特性,将香豆素与十六酸共混制得热致荧光变色材料,利用十六酸的熔融/结晶过程能有效调节香豆素荧光染料的分散与聚集状态,诱导其荧光颜色发生变化。所构建的香豆素/十六酸热致荧光变色材料具有良好的可逆性和明显的荧光发射变化(100 nm)。(2)将香豆素/十六酸热致荧光变色材料制备成稳定的乳相体系,并对其荧光特性进行了研究。将香豆素/十六酸热熔物分散于水中,在阳离子表面活性剂的作用下形成水包油型均匀乳液,其依然具有优异的热致荧光变色性能;进一步研究了香豆素含量与水的含量对乳液荧光性质的影响,并对乳液中的乳滴颗粒进行了表征分析,其粒径分布在50～200 nm之间,乳滴颗粒边缘平滑圆润,整体呈椭球状。(3)将香豆素/十六酸乳液与传统纺丝体系结合,利用湿法纺丝技术制得了以海藻酸钠为纤维基质的香豆素/十六酸复合纤维。通过对复合纤维的表面及其截面形貌表征,证明了香豆素/十六酸颗粒均匀分散于纤维基质中;对复合纤维的各组分进行表征分析,证明了香豆素、十六酸、海藻酸钠等组分很好的结合在一起构成了复合纤维,并且纤维的热稳定性相比于纯海藻酸钠纤维有所提升;测试了复合纤维的机械性能,其极限拉伸强度为37.1±3.5 MPa,极限应变为16.1±2.4%。(4)对制备的复合纤维的热致和电热致荧光变色性能进行了测试与研究。复合纤维具有优异的热致荧光变色性能,具有响应速度快(100次循环)等优点;基于柔性纤维基底的复合纤维具有良好的柔韧性和可纺性,可在织物上进行刺绣;基于不同链长的脂肪酸可以实现对复合纤维热致荧光变色温度的调节,以满足不同应用范围和个性化设计;将热致荧光变色纤维与电热材料结合还可以实现电触发特性,从而实现对荧光变色的更精密的操控。