聚合物納米纖維在柔性穿戴、電子器件、生物醫(yī)療等領域具有廣泛的應用前景。由于其納米尺寸下，納米纖維的強度相對較低，極大地限制了它的制備與應用。碳量子點（2-5 nm）由于其獨特的物理化學性質，除具有量子效應的熒光性質外，還在增強聚合物纖維上展現(xiàn)出獨特的優(yōu)越性。但目前宏量制備碳量子點的方法通常采用間歇式操作，如何通過連續(xù)批量生產(chǎn)得到大量的高量子產(chǎn)率碳量子點仍是一個挑戰(zhàn)。尤其是探索低成本、高效便捷的方法來實現(xiàn)碳量子點的連續(xù)制備以及高強度納米纖維的制備是目前極具挑戰(zhàn)的課題。
針對上述問題，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊，創(chuàng)新性地探索出一種利用微流控芯片反應平臺實現(xiàn)高量子產(chǎn)率宏量碳量子點連續(xù)化制備的方法，并利用微流體靜電紡絲技術將制備得到的碳量子點負載在納米纖維上，實現(xiàn)了高機械強度的富集熒光碳量子點聚合物納米纖維的宏量制備。首先，針對已有報道中的微流控芯片反應平臺存在的導熱性差、不耐熱、不耐溶劑、加工過程復雜等問題，首次提出了使用鋁基微流控芯片反應平臺（鋁基微流控芯片由南京貝耳時代科技有限公司研制并提供）實現(xiàn)碳量子點的連續(xù)制備。通過在鋁基微流控芯片中的過程強化，同時調控各種參數(shù)，最終得到量子產(chǎn)率高達70.98%，半峰寬為65 nm的碳量子點，將多個芯片并聯(lián)后有望實現(xiàn)碳量子點的宏量制備。該碳量子點具有優(yōu)異的光學性能與穩(wěn)定性，并且利用微流控紡絲技術可以實現(xiàn)富集熒光碳量子點聚合物納米纖維的連續(xù)生產(chǎn)。值得注意的是，將碳量子點負載到熱塑性聚氨酯（TPU）和尼龍66（PA66）的納米纖維膜上后，其拉伸強度分別達到了原先的2.9倍和4.1倍。其中，PA66納米纖維膜的拉伸強度由原來的的3.9MPa提高到了16.1MPa。該研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Chemical Engineering Journal》上。(Continuous productions of highly fluorescent carbon dots and enriched polymer nanofibers via microfluidic techniques, Chemical Engineering Journal. 2023，https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144444)。南京工業(yè)大學碩士研究生陳益峰為第一作者。南京工業(yè)大學陳蘇教授與王彩鳳教授為共同通訊人。
該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃、國家青年自然基金、江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程、材料化學工程國家重點實驗室等基金的資助和支持。
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