[發明專利]一種具有酸堿氣體響應的熒光膽甾相纖維素納米晶體薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201810761405.5
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109054805B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 樸光哲;賀金濤
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C09K11/06
• 分類號: C09K11/06;C09K11/02;G01N21/64
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明公開了一種具有酸堿氣體響應的熒光膽甾相纖維素納米晶體薄膜的制備方法，1)制備纖維素納米晶體懸浮液；2)合成AIE類有機小分子熒光材料；3)制得AIE類熒光懸浮液；4)纖維素納米晶體懸浮液與AIE類有機小分子熒光材料混合，磁力攪拌后，超聲處理；5)進行蒸發誘導共組裝過程，得到具有膽甾相結構的熒光纖維素薄膜。本發明解決了纖維素納米晶體與非水溶性有機小分子熒光材料的相分離問題，使得膽甾相結構得以保留，成功地制備出具有周期性結構的熒光彩色薄膜。這種兼具熒光特性和膽甾相結構的復合薄膜在酸、堿性氣氛下，同時表現出熒光、可見光和圓偏振光多種光學特性的變化，可以精確高效地應用于酸、堿性氣體檢測，可以重復循環利用。

技術領域

本發明屬于光學及復合材料技術領域，涉及一種氣體響應且可循環利用的高效率傳感器，特別涉及對酸、堿性氣體敏感的具有熒光特性的膽甾相纖維素納米晶體薄膜的制備。

背景技術

隨著工業化的快速發展，各種有毒有害氣體及污染粉塵被排放到大氣中，這對人類和環境造成了巨大危害。其中，酸堿性廢氣的危害尤其嚴重，其在眾多行業中產生。重度揮發性的氣體如鹽酸、氨氣等也一直是全球性關注的環境問題，因此，對于酸堿性氣體的日常監測是十分重要的。

已知的傳統電化學氣體傳感器通常選用金屬氧化物和導電聚合物作為傳感材料，這是由于這類材料具有高敏感性和選擇性探測的特性。然而，許多此類傳感器操作較復雜且費用較高，這就限制了其有效實施和發展。因此，迫切需要發展一類具有易操作、高靈敏度、價格低廉、循環穩定和環境友好型特點的氣體響應傳感器。

纖維素作為地球上最豐富的天然可再生高分子，在經過酸水解等處理后可以形成纖維素納米晶體(cellulose nanocrystal,CNC)溶致膽甾相液晶，蒸發干燥成膜后，其膽甾相結構仍然得到保留，表現出光子晶體的特性，可以選擇性反射特定波長的光，這一特性也使得其可以應用于傳感領域。有機小分子熒光材料種類繁多，結構易于調整，光電性質因而可以發生變化，其中一些有機熒光材料對酸堿有較強的響應性，例如酸性氣體可以導致某種有機熒光小分子發生熒光猝滅，這就使得其在氣體檢測方面具有較好的應用前景。

不同于專利CN102702558B中傳統單一特性的熒光檢測器，這里我們將CNC薄膜膽甾相結構的光子晶體特性與有機小分子熒光材料的熒光特性有機結合起來，在提高有機熒光小分子的可加工性和應用性的同時，也賦予了此材料更加精確的檢測性。在制備復合材料時，前驅體與基體材料的兼容性是首先需要解決的問題。與碳量子點、稀土類上轉換發光材料和等離子激元金納米離子等熒光材料易溶于水不同，大多有機小分子熒光材料只溶于有機溶劑，而CNC懸浮液存在于水相體系，如果只是將CNC和有機小分子熒光材料簡單地混合在一起，將會出現相分離現象。而通常采用的方法是利用溶劑置換法將CNC轉移到有機溶劑中，再與有機小分子熒光材料混合，還有一種方法是通過化學改性將有機熒光小分子接枝到CNC的表面。這兩種方法較復雜，費時費力，而且混合后膽甾相結構難以保留。因此，在有機小分子熒光材料存在的同時，保證CNC仍能完成自組裝是需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術中熒光檢測傳感器單一特性導致傳感器操作較復雜且費用較高的問題，本發明的目的在于提供一種具有酸堿氣體響應的熒光膽甾相纖維素納米晶體薄膜的制備方法，制備出可實現酸堿氣體多種光學特性檢測且可循環利用的熒光膽甾相CNC薄膜。該傳感器靈敏度高，可以實現酸、堿性氣體的精確檢測。

本發明采取的技術方案為：

一種具有酸堿氣體響應的熒光膽甾相纖維素納米晶體薄膜的制備方法，具體包括以下步驟：

1)采用硫酸水解法或TEMPO氧化法處理纖維素制備CNC懸浮液；