[发明专利]各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜及其制备方法

权利要求书

1.各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜，其特征在于，由[PANI/PMMA]//PMMA各向异性导电Janus纳米带阵列膜、Fe₃O₄/PVP复合纳米纤维磁性膜和Eu(BA)₃phen/PAN复合纳米纤维红色荧光膜复合而成，形成上中下三层结构，下层膜由定向排列的[PANI/PMMA]//PMMA Janus纳米带构成，中层膜由无序的Fe₃O₄/PVP复合纳米纤维构成，上层膜由无序的Eu(BA)₃phen/PAN复合纳米纤维构成，三层膜牢固地结合在一起形成上中下三层结构，得到三明治结构复合膜，所制备的三明治结构复合膜同时具有良好的各向异性导电磁性红色荧光三功能。

2.一种如权利要求1所述的各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜的制备方法，其特征在于，采用静电纺丝技术，制备产物为各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜，其步骤为：

(1)沉淀法制备Eu(BA)₃phen配合物

将1.7600g Eu₂O₃溶于20mL浓硝酸中，加热蒸干得到Eu(NO₃)₃晶体，加入20mL无水乙醇，配制成Eu(NO₃)₃的乙醇溶液；将3.6640g苯甲酸和1.8020g邻菲啰啉加入到200mL无水乙醇中配制成混合配体溶液，在不断搅拌的情况下将Eu(NO₃)₃的乙醇溶液逐滴加到混合配体溶液中，再加入浓NH₃·H₂O调节pH为6.5-7.0之间，加热到60℃后，反应3h，所得沉淀依次用水和乙醇洗涤3次，最后在干燥箱中60℃下干燥12h，得到Eu(BA)₃phen配合物；

(2)沉淀法制备油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶

将32.8500g FeCl₃·6H₂O，16.7000g FeSO₄·7H₂O，24.2400g NH₄NO₃和11.4000g分子量为20000的聚乙二醇溶于600mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8-10nm的Fe₃O₄纳米晶；取2.0000g所制备的Fe₃O₄纳米晶分散在已通入30min氩气的100mL去离子水中并超声分散20min，然后将溶液在氩气保护下加热到80℃，并加入1mL油酸，然后继续反应40min，将所得到的沉淀进行磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥12h，得到油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶；

(3)制备聚甲基丙烯酸甲酯PMMA

称取100g甲基丙烯酸甲酯MMA和0.1g过氧化二苯甲酰BPO，加入到带有回流装置的250mL三颈瓶中并搅拌均匀，将上述溶液在90-95℃的温度下剧烈搅拌并回流至溶液有一定粘度，当其粘度与甘油相近后，在继续搅拌的同时停止加热并自然冷却到室温，之后将上述溶液灌注到试管中，灌注高度为5-7cm，灌注完毕后静置2h至试管内的溶液没有气泡，然后将上述试管转移到50℃干燥箱中放置48h，试管内的液体硬化为透明的固体，最后将干燥箱温度提高至110℃并保温2h，使聚合反应结束，然后自然冷却至室温，得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；

(4)配制纺丝液

在16.0000g CHCl₃和0.5000g DMF的混合溶剂中加入1.0000g PMMA，搅拌2h得到均匀的胶状液，将0.7000g苯胺和1.7596g樟脑磺酸加入到上述胶状液中并搅拌2h后，加入1.7153g过硫酸铵，再加入1.5000g CHCl₃和1.000g DMF，搅拌2h后，将溶液放入5℃的冰箱冷藏室中24h，得到第一种纺丝液；在17.5000g氯仿和1.5000g DMF的混合溶剂中加入1.0000g PMMA并搅拌24h，得到第二种纺丝液；在4.8000g DMF溶剂中加入1.0000g油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶，超声分散20min后，加入1.0000g分子量为1300000的PVP并搅拌24h，得到第三种纺丝液；在10.0000g DMF溶剂中加入1.0000g分子量为86000的PAN和0.15000g Eu(BA)₃phen配合物并搅拌24h，得到第四种纺丝液；

(5)制备各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜

采用两支分别都带有截平的12#不锈钢针头的5mL注射器，将两不锈钢针头分别弯曲30°角，使两针尖可紧密并行，并采用一支1mL塑料喷枪头套在两根并行不锈钢针头上，使两根不锈钢针头的尖端处于塑料喷枪头的中间部分，将第一种纺丝液和第二种纺丝液各取2.5mL分别注入到两个注射器中，采用竖喷方式，接收装置为一个水平放置的长20cm，直径为7cm的圆柱形铝制转筒，转速为1200r/min，其它纺丝参数为：纺丝电压为7kV，针尖与转筒间距为14cm，环境温度为20-25℃，相对湿度为20％-30％，待纺丝液耗尽后，得到[PANI/PMMA]//PMMA各向异性导电Janus纳米带阵列膜；将得到的Janus纳米带阵列膜从铝制转筒上取下，固定在与高压电源负极相连的铁丝网上，将5mL的第三种纺丝液注入到带有不锈钢针头的注射器中，采用单轴静电纺丝技术，在Janus纳米带阵列膜上构筑无序的Fe₃O₄/PVP复合纳米纤维磁性膜，纺丝参数为：纺丝电压14kV，针尖与收集铁丝网间距16cm，环境温度为23-26℃，相对湿度20％-30％；待第三种纺丝液完全耗尽后，5mL第四种纺丝液取代第三种纺丝液继续纺丝，在磁性膜上构筑无序的Eu(BA)₃phen/PAN复合纳米纤维红色荧光膜，这三层膜牢固地结合在一起形成上中下三层结构，得到各向异性导电磁光三功能三明治结构复合膜，由[PANI/PMMA]//PMMA各向异性导电Janus纳米带阵列膜、无序的Fe₃O₄/PVP复合纳米纤维磁性膜和无序的Eu(BA)₃phen/PAN复合纳米纤维红色荧光膜复合而成，形成上中下三层结构，上中下三层膜的厚度分别为56.93，51.09和75.18μm，下层膜由定向排列的[PANI/PMMA]//PMMAJanus纳米带组成，Janus纳米带的宽度为8.61±0.1μm，沿着Janus纳米带长度方向导电性强，电导为6.35×10^-2S，而沿着垂直于Janus纳米带长度方向导电性弱，电导为5.72×10^-10S，二者比值为1.11×10⁸，具有强的各向异性导电性，中层膜由无序的磁性Fe₃O₄/PVP复合纳米纤维组成，直径为580±2nm，上层膜由无序的Eu(BA)₃phen/PAN复合纳米纤维组成，直径为660±3nm，在292nm的紫外光激发下，上层膜发射出主峰位于615nm的明亮红光，所制备的三明治结构复合膜的饱和磁化强度为5.4emu/g，具有较强的磁性，所制备的柔性三明治结构复合膜具有良好的各向异性导电磁性红色荧光三功能。