[发明专利]一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料领域，公开了一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法。本发明以聚N‑羟乙基丙烯酰胺为基体，聚乙烯醇为增强体，碳载银纳米粒子为发光材料，采用两步水溶液聚合法合成了聚N‑羟乙基丙烯酰胺/聚乙烯醇互穿网络水凝胶。本发明方法制得的光致发光水凝胶纤维，不仅具有较高的机械强度，还有较好的韧性和柔性，同时具备光致发光功能，在光电器件、柔性可穿戴设备、传感器、感光材料等领域有巨大的应用价值。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法。

背景技术

碳量子点（CDs）自2004年发现以来，由于其优异的物理化学性质引起了人们的广泛关注。与传统的半导体量子点及有机染料相比，碳量子点不仅具有原料来源廉价、制备方法简单等特点，还具有低毒、生物相容性好、光学性质稳定、激发和发射波长可调以及表面易于功能化修饰等独特的优势，已经在光催化、生物成像、照明器件、荧光探针和生物传感等领域具有广泛的应用。

水凝胶通常存在凝胶强度低、韧性差和吸水速度慢等缺点，使得其在强度要求相对较高的领域，如人工肌肉、记忆开关元件、机械传动装置及生物传感器等的应用受到很大的限制。水凝胶机械强度的提高可通过增加交联密度、降低凝胶溶胀度、引入纤维状增强剂，以及制备互穿网络(IPN)等手段实现。聚乙烯醇(PVA)具有与其他材料相容性好、机械强度高和可自交联形成三维网络等特点，将聚丙烯酰胺与聚乙烯醇有机的结合在一起，可拓宽水凝胶的应用范围，可以明显改善水凝胶的机械强度，具有较为广阔的应用范围。

发光材料在人类发展历史上具有不可替代的作用，可以说在某种程度上发光材料的发展推动着社会的进步。目前，可以直接使用具有发光性能的高分子，也可以通过将各种光致发光物质（如有机染料分子和稀土金属配合物）整合到水凝胶的聚合物网络中获得光致发光水凝胶。但是合成的发光水凝胶发光性能较差、光谱难以调控，质脆易碎，力学性能较差，它们的使用范围受到了严重限制。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法。本发明以聚N-羟乙基丙烯酰胺为基体，聚乙烯醇为增强体，碳载银纳米粒子为发光材料，采用两步水溶液聚合法合成了聚N-羟乙基丙烯酰胺/聚乙烯醇互穿网络水凝胶。聚N-羟乙基丙烯酰胺的交联、聚乙烯醇的自交联以及聚N-羟乙基丙烯酰胺和聚乙烯醇网络的相互缠绕，在三者的共同作用下，可极大提高水凝胶的机械强度。同时本发明采用反复冷冻解冻方法使得水凝胶内部出现了微晶区，实现了物理交联。本发明方法所得水凝胶纤维具有良好的机械性能以及光致发光性能。

本发明的具体技术方案为： 一种高强度光致发光水凝胶纤维的制备方法，包括如下制备步骤：

步骤1）碳纳米点的制备：称取肝素钠置于容器中，加入去离子水，超声震荡至完全溶解，将所得混合溶液倒入水热反应釜中加热反应；反应后将混合液冷却至室温，然后离心处理，取上清液，用0.22μm微孔过滤膜重复过滤数次；将过滤所得液体装入透析膜内进行透析；将透析所得液体真空干燥，得到固体的碳纳米点。

以肝素钠为原料，采用水热法制备的碳纳米粒子粒径分布较均匀，平均粒径小，粒径形貌及结晶程度较好，且表面含有大量的羟基、氨基、羰基、羧基基团，具有较好的水溶性及稳定性。

步骤2）碳载银纳米粒子的制备：取0.008-0.012 g步骤1）所得碳纳米点置于容器中，加入8-12mL去离子水，水浴超声使碳纳米点均匀分散，然后加入硝酸银溶液；将所得混合溶液置于紫外光下照射，当混合溶液从黄色变成深棕色时，获得碳载银纳米粒子溶液。

碳纳米粒子表面具有丰富的官能团，在紫外光激发下，碳纳米粒子的电子转移可以使Ag⁺还原成银纳米粒子。并且由于碳纳米点的亲水性，制备的纳米粒子在溶剂中可以单分散，即使不添加任何其他物质，在溶剂中的分散体也具有良好的稳定性。