江科大李为立教授、澳洲国立Mike Tebyetekerwa和香港科大唐本忠院士团队合作：AIE原理应用于智能荧光纳米纤维膜研究

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近年来，对具有自发热、发光、发电，可实现实时响应功能的可穿戴器件的研究与应用方兴未艾。由于高比表面积和高孔隙率的形态特性，纳米纤维膜在可穿戴器件中有较多应用。静电纺丝技术为制备纳米纤维膜的常规手段，但由于原料组成、工艺参数、周围环境等各种因素都会对所制得的纳米纤维膜的形貌及性能产生影响，所以其工艺过程较为复杂，不易规模化放大应用。需要寻找到新的测试手段与研究方法，以进一步掌握纳米纤维膜静电纺丝制备的影响因素，并推动可穿戴器件的发展。

针对以上问题，江科大李为立教授课题组、澳洲国立大学Mike Tebyetekerwa和香港科大唐本忠院士团队合作。研究从聚集诱导发光机理出发，利用荧光光谱实时快速响应的特性，结合扫描电镜对形貌的分析研究，研究影响荧光光谱性质的各种因素。工作成果实现对纳米纤维膜固化过程的实时跟踪的同时，寻找出一种系统研究纳米纤维膜的性能与结构之间的关系的研究方法。研究进一步探索荧光纳米纤维膜荧光性质对外界刺激（温度、化学气体）的响应特性，为纳米纤维膜的功能化及其在可穿戴器件中的应用研究开辟了一条新的道路。研究成果以Fluorescent aggregation-induced emission (AIE)-based thermosetting electrospun nanofibers: fabrication, properties and applications为题发表在Materials Chemistry Frontiers杂志（Materials Chemistry Frontiers, 2019, DOI: 10.1039/C9QM00342H ）。

研究基于先前工作成果（J. Mater. Chem. C, 2018,6,12849-12857），首先在具有荧光特性双酚A型环氧树脂中加入固化剂、混合溶剂，调整预固化时间、固含量、荧光环氧树脂的分子量以及混合溶剂比例，通过静电纺丝工艺制备荧光纳米纤维膜。通过扫描电镜分析不同因素对膜形貌的影响，优化纺丝工艺。

然后，将电纺得到的荧光纳米纤维膜加热固化使其交联稳定。这涉及纳米尺度溶剂蒸发和树脂化学交联，所以其固化较为复杂。研究尝试通过实时跟踪固化过程中荧光纳米纤维膜的荧光光谱变化来解释描述这一过程：初始由于高比表面和多孔形貌，固化初始溶剂快速挥发，同时环氧树脂与固化剂的交联反应，对AIEgen荧光分子的分子内运动束缚快速增强，表现出纤维膜的荧光强度快速上升；随着体系中溶剂挥逐步挥发完全，进一步的树脂的交联固化会加强束缚荧光分子，表现出荧光强度稳步上升；随着加热时间的延长，长期处于高温下，纳米纤维膜的聚合物发生链段松弛，对荧光分子的分子内束缚减弱，荧光强度降低。由于荧光光谱的实时性与灵敏性，为研究跟踪基于热固性聚合物的纳米纤维膜的静电纺丝制备过程提供了新的研究方法。

有趣的是，结合场发射扫描电子显微镜观察，单根纤维呈现独特的核/鞘形貌：通过静电纺丝制备纳米纤维后，由于高比表面积，溶剂的挥发与预聚物的反应，使得表面先发生固化；随着内部溶剂的挥发与固化反应的进一步进行，包裹在内部的预聚物，撑出表面壳层的包裹束缚，在端口挤出，使呈现核鞘的形状。

因为AIEgen荧光分子通过化学键被聚合物长链固定包裹，根据RIR机制，荧光分子的分子内运动在一定程度上受到周围聚合物长链的束缚与限制。由此，AIEgen荧光分子发光行为会受到聚合物长链运动以及纳米纤维膜形貌的影响。首先，聚合物链段运动行为会随温度而发生变化，由此出其荧光光谱具有温敏特性；其次，将荧光纳米纤维膜放置于化学蒸汽环境中，特别是对于缺电子含氮化合物（如硝基芳烃类化合物）具有较强的荧光敏感性。一方面纳米多孔膜的形貌有利于化学气体渗透；另一方面富含电子的AIEgen荧光分子与含氮化合物结合所发生的电子转移，使其荧光强度的快速减弱。这为使荧光纳米纤维膜在危化气体的检测提供了应用可能。

江苏科技大学为第一完成单位。通讯作者分别为江苏科技大学李为立教授为澳洲国立大学博士研究生Mike Tebyetekerwa，香港科技大学唐本忠院士。该研究成果得到了国家自然科学基金委资助（No.51673088）。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/C9QM00342H

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