Alq3/聚合物纳米纤维复合物结构及发光特性

摘 要：首先用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与N，N-二甲基甲酰胺（DMF）配制纺丝前驱体溶液，用静电纺丝技术制备出了直径均匀、表面光滑的PMMA纳米纤维，再向体系中引入8-羟基喹啉铝（Alq3）分子，制备了的Alq3/PMMA复合体系的纳米纤维。采用场发射环境扫描电子显微镜（ESEM）、X射线能量色散光谱（EDX）对所制得的Alq3/PMMA复合纳米纤维进行形貌表征和结构认证，证实了Alq3分子均匀分布在纳米纤维上，同时，显现了独特的发光性质。

关键词：纳米纤维；静电纺丝；荧光发光；Alq3材料

中图分类号：TB383.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.078

Alq3是一种新型的、性能优异的有机半导体发光材料，在外界条件激发下发出可见区荧光，是一种具有很高荧光率的有机小分子材料。有机发光材料与聚合物纳米纤维复合，由于纳米纤维具有极大的比表面积和极大的长径比，形成很大的网络，不仅可将聚合物纳米纤维的柔韧性、易操作性与有机发光材料的发光特性等结合起来，而且还可以提高材料的稳定性，在光电领域具有很好的应用价值。利用静电纺丝技术将有机发光材料掺杂到聚合物纳米纤维中，可以制备出直径为纳米级的纤维，并具有特殊的结构和发光特性。

本文对含Alq3的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合物共混物进行静电纺丝，制备Alq3/聚合物纤维纳米复合材料，并对Alq3/PMMA复合体系的结构和发光特性进行研究。

1 实验

1.1 原料

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），8-羟基喹啉铝（Alq3），N，N-二甲基甲酰胺（DMF）均为分析纯。

1.2 聚合物纳米纤维制备

称取1.2 gPMMA粉末加入到10 mLDMF中，在45 ℃条件下搅拌1 h。然后在室温下搅拌15 h直到PMMA完全溶解于DMF中，制得均一、透明的静电纺丝溶液。静电纺丝条件：接收板与喷丝头间距离大约为20 cm，纺丝电压为10 kV，聚合物溶液流速为2 mL/h，纺丝头直径为1 mm，接收时间为4 h，得到一层纳米纤维膜。

1.3 Alq3/聚合物纳米纤维复合材料的制备

将1.2 g的Alq3粉末在45 ℃的条件下搅拌5 min，Alq3充分溶解于DMF中，溶液澄清。然后加入质量为1.2 g的PMMA，在45 ℃条件下搅拌1 h，停止加热，最后在室温下搅拌15 h，制得均一透明的Alq3/PMMA前驱体溶液。在静电纺丝条件不变的情况下，得到一层复合纳米纤维膜。

1.4 测试分析

Alq3/聚合物纳米纤维复合材料的形貌采用场发射环境扫描电子显微镜（XL30ESEM-FEG）观察；复合纳米纤维膜的光致发光性能采用荧光光谱仪（Varian Corp）观察。

2 结果与讨论

2.1 扫描电子显微镜（SEM）分析

利用静电纺丝技术制备的纯PMMA纳米纤维膜的SEM照片如图1所示。

从图1中可以看出，用静电纺丝技术制备出纯PMMA纳米纤维纤维可纺性较好，制备的纤维尺寸分布均匀，直径约800～900 nm，纤维表面光滑且纤维彼此间没有交连现象。

Alq3/聚合物纳米纤维复合材料的SEM照片如图2所示。从图2中可以看出，加入1.2 gAlq3后，成功制备了Alq3/PMMA复合纳米纤维，样品形貌没有发生改变，纤维表面没有因为Alq3的加入发生团聚现象，纤维直径依然在800～900 nm之间。

2.2 X射线能量色散光谱图（EDX）分析

图3为Alq3/PMMA复合纤维EDX图，其是通过扫描电子显微镜（SEM）获得的，是用来分析样品的元素成分的。从图中我们可以看到，Alq3/PMMA复合纳米纤维中存在C、O、Al、N元素，是Alq3中的主要元素，上述说明Alq3已经被成功掺杂到纳米纤维中。

2.3 荧光光谱

图4为荧光光谱图，其中，红色线和蓝色线分别是Alq3粉末和Alq3/PMMA纳米纤维的荧光激发光谱，固定发射单色器的波长是504 nm，狭缝宽度为5 mm。从图中我们可以看出Alq3粉末和Alq3/PMMA复合纳米纤维薄膜的激发光谱形状完全一致。由于实验无法测量出Alq3/PMMA复合纳米纤维薄膜中Alq3的质量，无法保证Alq3粉末和Alq3/PMMA复合纳米纤维薄膜中Alq3的量一致，所以此图无法比较两者的荧光强度。在激发光谱中，Alq3粉末的最大激发峰为373 nm，主要是由于分子内的π→π*电子跃迁的贡献所导致的；Alq3/PMMA纳米纤维的最大激发峰是268 nm，分子间的π→π*电子跃迁贡献最大。Alq3/PMMA复合纤维比Alq3粉末的分子间的π→π*电子跃迁发生了一定的蓝移，蓝移了18 nm。

图4中黑色线和绿色线分别是Alq3粉末和Alq3/PMMA复合纳米纤维的荧光发射光谱，固定激发波长为380 nm。Alq3粉末的最大荧光发射峰处于506 nm，Alq3/PMMA复合纳米纤维分最大荧光发射峰的位置发生了一定的红移，红移的最大荧光发射峰处于514 nm，相比Alq3粉末的荧光发射峰红移了8 nm。引起这一现象出现的主要原因是Alq3/PMMA复合纳米纤维中的Alq3分散在纤维中，分子间作用力大于Alq3固体粉末的分子间作用力，Alq3分子的能级势垒升高，因而发生了红移现象。

3 结论

利用静电纺丝技术制备出纤维表面光滑、尺寸均匀、直径为800～900 nm的复合纳米纤维，其纤维形貌与纯PMMA纳米纤维基本一致，并对制备的Alq3/PMMA复合纳米纤维进行了荧光测试，发现发生了一定的偏移，显现了独特的光学性质，是一种极具研究潜力的发光材料。

参考文献

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〔编辑：王霞〕