一种柔性发光材料及其制备方法和应用论文和设计-黄进

全文摘要

本发明涉及一种柔性发光材料及其制备方法和应用，属于发光材料制备技术领域，该材料制备方法如下：将水溶性聚合物溶于经超声处理后的纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液中获得混合液，将所述混合液再次超声处理后静置至所述混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入所述混合液中，在温度为25‑35℃，湿度为20‑50％条件下静置3‑5d后在所述基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。该材料可降解，对环境友好，并具有良好的力学响应性，在防伪和传感等方面具有良好的应用前景，并且该柔性发光材料制备工艺简单、高效快捷且成本低，适合工业化生产。

主设计要求

1.一种柔性发光材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：将水溶性聚合物溶于经超声处理后的纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液中获得混合液，将所述混合液再次超声处理后静置至所述混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入所述混合液中，在温度为25-35℃，湿度为20-50％条件下静置3-5d后在所述基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。

设计方案

1.一种柔性发光材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：

将水溶性聚合物溶于经超声处理后的纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液中获得混合液，将所述混合液再次超声处理后静置至所述混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入所述混合液中，在温度为25-35℃，湿度为20-50％条件下静置3-5d后在所述基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合液中水溶性聚合物的质量分数为1-10％，所述混合液中纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶的质量分数为0.5-4％。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的一种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素纳米晶悬浮液由如下方法制得：

将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤3-5次，透析至pH为5.0-7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液由如下方法制得：

将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤3-5次，透析至pH为5.0-7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液，然后再以功能基团对纤维素纳米晶进行表面修饰，制得表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液。

6.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述功能基团为羧基、氨基、巯基或乙酰基中的一种。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，两次超声处理时的功率为200-300W，频率为37-40kHz，时间为5-15min。

8.由权利要求1-7任一项所述的方法制备的柔性发光材料。

9.权利要求8所述的柔性发光材料在信息防伪领域和\/或传感领域中的应用。

设计说明书

技术领域

本发明属于发光材料制备技术领域，具体涉及一种柔性发光材料及其制备方法和应用。

背景技术

纤维素，来源丰富且可再生，其结晶形式即纤维素纳米晶体，被广泛用作增强剂。当经过蒸发时，纤维素纳米晶的水性悬浮液可形成手性向列型保留在固化膜中的结构，具有高度有序和周期性手性向列结构的膜可以选择性反射圆偏振光，从而产生结构色的外观。基于纤维素纳米晶的光子薄膜相对于其它薄膜的一个优点是结构颜色可以通过各种添加剂轻松调节。但是，由于纤维素纳米晶膜的组装周期过小，使其衍射波长变化过快，导致膜呈现彩虹色，故其对光的衍射波长随位移发生连续变化，对观测角度和观测位置有很大的依赖性，容易导致观察错误。单轴定向组装的纤维素纳米晶具有周期性的排列规律，因而在外界光照下可以通过增强共振散射发出特定频率的光。

虽然已有研究通过将纤维素纳米晶在重力和毛细管力的作用下竖直定向组装，消除了容易受位移和角度影响的结构彩虹色，得到了具有结构单色的纤维素纳米晶定向组装膜。但是，这种结构单色的纤维素纳米晶膜由于纤维素纳米晶的固有刚性，使得膜材料脆性较大，断裂伸长率有限，这就阻碍了基于纤维素纳米晶薄膜的实际应用，特别是在诸如可穿戴传感器等领域。纤维素纳米晶模板化的光子树脂通过原位聚合方法制备，但由于树脂不溶于水，制备得到的膜需要刻蚀掉纤维素纳米晶而仅留下聚合物薄膜，因此该制备方法过程复杂，且成本较高、对环境污染较大，且制得的薄膜拉伸的断裂伸长率有限，力学响应性不显著。因此急需一种基于纤维素纳米晶体的断裂伸长率较高的柔性发光材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种柔性发光材料的制备方法；目的之二在于提供一种柔性发光材料；目的之三在于提供该柔性发光材料在信息防伪领域和\/或传感领域中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种柔性发光材料的制备方法，所述方法如下：

优选的，所述混合液中水溶性聚合物的质量分数为1-10％，所述混合液中纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶的质量分数为0.5-4％。

优选的，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯亚胺中的一种。

优选的，所述纤维素纳米晶悬浮液由如下方法制得：

将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤3-5次，透析至pH为5.0-7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液。

优选的，所述表面功能化改性纤维素纳米晶悬浮液由如下方法制得：

优选的，所述功能基团为羧基、氨基、巯基或乙酰基中的一种。

优选的，两次超声处理时的功率为200-300W，频率为37-40kHz，时间为5-15min。

2、由所述的方法制备的柔性发光材料。

3、所述的柔性发光材料在信息防伪领域和\/或传感领域中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种柔性发光材料及其制备方法和应用，该材料可降解，对环境友好，并具有良好的力学响应性，在防伪和传感等方面具有良好的应用前景，在制备过程中通过蒸发诱导水溶性高分子聚合物与纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶进行自组装，形成具有较高断裂伸长率的薄膜，并且通过合理调控水溶性高分子聚合物与纤维素纳米晶或表面功能化改性纤维素纳米晶的用量，可以最终实现通过控制柔性发光材料的拉伸率来控制其最终的发光颜色，以保证其能够更好地被用于防伪和传感等方面。该柔性发光材料制备工艺简单、高效快捷且成本低，适合工业化生产。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例1中制备的柔性发光材料的AFM表面形貌图；

图2为实施例1中制备的柔性发光材料在365nm波长紫外光照射下的光学照片；

图3为实施例2中制备的柔性发光材料的不同拉伸率下发光情况测试结果图；

图4为用365nm波长紫外光照射拉伸前、后的实施例2中制备的柔性发光材料的光学照片；(图4中A和B依次为365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料的光学照片)

图5为实施例3中制备的柔性发光材料的不同拉伸率下发光情况测试结果图；

图6为用365nm波长紫外光照射拉伸前、后的实施例3中制备的柔性发光材料的光学照片；(图6中A和B依次为365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料的光学照片)

图7为实施例4中制备的柔性发光材料在365nm波长紫外光照射下的光学照片；

图8为实施例6中制备的柔性发光材料的AFM表面形貌图；

图9为实施例6中制备的柔性发光材料在365nm波长紫外光照射下的光学照片；

图10为实施例7中制备的柔性发光材料在365nm波长紫外光照射下的光学照片。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤5次，透析至pH为5.0，制得纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的纤维素纳米晶悬浮液在功率为300W，频率为40kHz的条件下超声处理10min，将聚丙烯酰胺溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚丙烯酰胺的质量分数为1％，纤维素纳米晶的质量分数为0.5％，将混合液再次在功率为300W，频率为40kHz的条件下超声处理10min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为30℃，湿度为30％条件下静置5d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。该材料的AFM表面形貌图如图1所示，由图1可知，样品表面呈规整定向排布，其光学照片如图2所示，由图2可知，在365nm波长紫外光照射下发射蓝光。

实施例2

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤5次，透析至pH为7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的纤维素纳米晶悬浮液在功率为200W，频率为37kHz的条件下超声处理15min，将聚乙烯醇溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚乙烯醇的质量分数为2％，纤维素纳米晶的质量分数为2％，将混合液再次在功率为200W，频率为37kHz的条件下超声处理10min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为35℃，湿度为20％条件下静置3d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。测试该材料不同拉伸率下发光情况，结果如图3所示，由图3可知，随着拉伸伸长率的增加，激发波长向低波长方向移动；用365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料，结果如图4所示，图4中A和B依次为365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料的光学照片，由图4可知，该材料的发光颜色由深蓝色变为浅蓝色，且亮度有明显提升。

实施例3

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤3次，透析至pH为6.0，制得纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的纤维素纳米晶悬浮液在功率为300W，频率为40kHz的条件下超声处理10min，将聚乙烯醇溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚乙烯醇的质量分数为3％，纤维素纳米晶的质量分数为2％，将混合液再次在功率为300W，频率为40kHz的条件下超声处理10min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为30℃，湿度为20％条件下静置5d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。测试该材料不同拉伸率下发光情况，结果如图5所示，由图5可知，随着拉伸伸长率的增加，激发波长向低波长方向移动；用365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料，结果如图6所示，图6中A和B依次为365nm波长紫外光照射拉伸前、后的柔性发光材料的光学照片，由图6可知，该材料的发光颜色由深蓝色变为浅蓝色，且亮度有明显提升。

实施例4

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤4次，透析至pH为7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液，然后再以羧基对纤维素纳米晶进行表面修饰，制得羧基化纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的羧基化纤维素纳米晶悬浮液在功率为200W，频率为37kHz的条件下超声处理10min，将聚乙烯基吡咯烷酮溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚乙烯基吡咯烷酮的质量分数为5％，羧基化纤维素纳米晶的质量分数为2.5％，将混合液再次在功率为200W，频率为37kHz的条件下超声处理15min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为25℃，湿度为40％条件下静置4d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。该材料的光学照片如图7所示，由图7可知，在365nm波长紫外光照射下发射蓝光。

实施例5

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤4次，透析至pH为6.0，制得纤维素纳米晶悬浮液，然后再以氨基对纤维素纳米晶进行表面修饰，制得氨基化纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的氨基化纤维素纳米晶悬浮液在功率为250W，频率为40kHz的条件下超声处理10min，将聚乙烯亚胺溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚乙烯亚胺的质量分数为2％，氨基化纤维素纳米晶的质量分数为3％，将混合液再次在功率为250W，频率为40kHz的条件下超声处理15min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为30℃，湿度为25％条件下静置3d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。

实施例6

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤3次，透析至pH为7.0，制得纤维素纳米晶悬浮液，然后再以巯基对纤维素纳米晶进行表面修饰，制得巯基化纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的巯基化纤维素纳米晶悬浮液在功率为300W，频率为37kHz的条件下超声处理5min，将聚乙二醇溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚乙二醇的质量分数为8％，巯基化纤维素纳米晶的质量分数为4％，将混合液再次在功率为300W，频率为37kHz的条件下超声处理10min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为35℃，湿度为50％条件下静置5d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。该材料的AFM表面形貌图如图8所示，由图8可知，样品表面呈规整定向排布，其光学照片如图9所示，由图9可知，在365nm波长紫外光照射下发射蓝光。

实施例7

制备柔性发光材料

(1)将棉花用质量分数为2％的NaOH溶液处理后，再用质量分数为64％的硫酸进行水解处理，然后洗涤5次，透析至pH为5.0，制得纤维素纳米晶悬浮液，然后再以乙酰基对纤维素纳米晶进行表面修饰，制得乙酰基化纤维素纳米晶悬浮液。

(2)将步骤(1)中制备的乙酰基化纤维素纳米晶悬浮液在功率为250W，频率为40kHz的条件下超声处理10min，将聚N-异丙基丙烯酰胺溶于该悬浮液中获得混合液，该混合液中聚N-异丙基丙烯酰胺的质量分数为10％，乙酰基化纤维素纳米晶的质量分数为3.5％，将混合液再次在功率为250W，频率为40kHz的条件下超声处理5min后静置至该混合液中无气泡，然后将基板竖直浸入混合液中，在温度为25℃，湿度为20％条件下静置3d后在基板上形成薄膜，制得柔性发光材料。该材料的光学照片如图10所示，由图10可知，在365nm波长紫外光照射下发射蓝光。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

设计图

一种柔性发光材料及其制备方法和应用论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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