分子传感纤维查看源代码讨论查看历史

来自 搜狐网 的图片

分子传感纤维材料基础科学、有机高分子材料、材料检测与分析技术。

关键词： 聚集诱导发光，湿度响应，可视化，智能纤维

应用领域

微观环境湿度检测、人体信息监测

成果简介

人类的生存和社会活动与水汽密切相关，湿度探测与控制应用于各个领域，如电子封装运输、半导体器件、食品工业、化学工程、航空航天等。为了满足不同的需求，多种类型的湿度探测传感器被开发出来，如微波、毫米波、太赫兹传感器和半导体器件等，具有响应速度快、可读性好、集成化和智能化等优势。如果湿度传感器适用于不同的环境构造，且可同时实现湿度梯度分布的动态测量，将会给智能集成系统带来巨大的革新。最近，一些柔性电子器件被开发出来，并可以实现不同程度的弯折或拉伸。尽管这些电子器件具有优异的性能，但相应的外部驱动设备和电路却较为复杂和庞大，且加工制备该类器件的工艺过程较为繁复。

荧光成像无需外接微电子设备，通过外界水汽对荧光材料诱发的微环境极性变化，利用UV光激发即得到不同的“肉眼”可见的颜色，从而实现对外界环境湿度的时间-空间实时响应。利用聚集诱导发光（AIE）特性的荧光分子转子作为功能单元，该分子转子包含三个片段：给电子的四苯乙烯（TPE）基团、接受电子的吡啶盐单元、单/双键间隔基团，结合密度泛函理论（DFT，Gaussian 09），证明环境极性增加，介电常数由2.38增加至47.20时，AIE分子转子发生分子内运动，D-A单元扭转角变大，从23.95°增加至28.40°。通过静电相互作用诱导其与吸水性高分子网络（聚丙烯酸、聚乙烯醇等）组装进行结构一体化设计。采用具有共轭的D-A荧光分子，基于分子三维高度扭曲结构（分子在固态条件下保持一定的运动性）和分子内电荷转移（TICT）发光机制，利用其在不同极性微环境下发射谱带的变化，并获得环境湿度时间-空间响应的智能高分子材料。制备得到的AIE传感材料在不同湿度条件下具有明显的发射波长变化，最大发射波长与湿度呈线性关系，实现了湿度实时、准确、定量、可视化检测（Adv. Mater.2017, 29, 1703900. 封面）。   利用该荧光智能传感材料优异的加工性能，将荧光传感材料应用于电子器件封装和微型管道内部检测，实现了水汽的动态梯度分布“可视化”测量。进一步，采用干法纺丝和静电纺丝技术将以上AIE传感材料分别加工得到微米和纳米纤维，大幅增加材料的活性比表面积，提高智能材料的传感性能，实现人体活动跟踪监测（甚至极少量水汽），包括指纹/汗孔成像应用和人机界面定位等，为集成化新器件设计提供可能（国家科学评论，Natl. Sci. Rev.2021, 8, nwaa135）。AIE和一维纤维协同策略不仅为湿度传感器的开发提供一条新路径，而且可以作为人工神经来广泛感知各种环境刺激，由此预见该类AIE湿度传感纤维在电子工业、化学工程、环境科学、国家安全、航空航天等领域有着光明的应用前景。

经济效益与社会效益

AIE水汽智能探针具有优异的加工性能，能够实现在不同维度、尺度下气体梯度变化可视化实时检测，满足不同领域的个性化定制需求。将其应用于电子器件封装和微型管道内部检测，可以实现水汽的动态梯度分布“可视化”测量。可以预见该水汽智能探针在电子工业、化学工程、环境科学、国家安全、航空航天等领域有着光明的应用前景。