[发明专利]一种具有荧光/温度智能响应性聚合物分子刷薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种具有荧光/温度智能响应性聚合物分子刷薄膜及其制备方法。

背景技术

智能材料是对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新型材料。智能材料虽然研究、开发的历史不长，但是由于其独特的性能不仅在工农业生产及日常生活方面得到了广泛应用，而且对发展高新技术起着重要作用。随着各种可控自由基聚合反应技术的逐渐发展，聚合物分子刷薄膜的研究受到了人们的广泛关注。而近年来，将聚合物分子刷引入到智能响应性材料体系中，构筑出智能响应性聚合物分子刷薄膜成为研究的热点。这类高分子材料能感知出周围环境条件，如温度、酸度、压力、声波、电场、磁场、光波，同时对外做功。因此，这类材料在化学传感器、转化器、微型离子通道开关、药物缓释、固定化酶等领域具有良好的应用前景。

荧光技术作为一种快速、稳定、敏感的检测技术，一直以来在物质检测、材料分析、光学材料制备等领域被人们广泛的使用。而一些具有共轭结构的有机分子由于其具有较高的荧光效率，稳定的荧光性质，引起了研究者们的研究兴趣，并在传感器件、有机光学材料、太阳能电池等领域发挥着重要的作用。将这种具有荧光性质的共轭结构有机分子与温度智能响应性分子刷薄膜进行复合，利用分子刷对荧光分子起到固定和束缚的作用，限制其分子的转动，获得荧光功能。进一步随着环境温度的变化，分子刷对荧光分子的束缚能力相应地变化，从而实现分子刷薄膜荧光强度的变化。制备出荧光/温度智能响应性的聚合物分子刷薄膜。这种荧光性质随温度响应性可控的智能薄膜材料，将在光学器件、生物纳米材料、微型纳米传感器等领域具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有荧光/温度智能响应性聚合物分子刷薄膜及其制备方法。

该方法首先合成一种温度响应性聚合物分子刷薄膜，进而将共轭结构的有机荧光分子复合进分子刷中，环境温度改变，荧光分子的状态发生变化，进而导致荧光分子刷薄膜的荧光性质的智能响应，从而获得荧光/温度智能响应性聚合物分子刷薄膜，可以在较大温度范围内（4～70℃）实现智能化检测，其检测区间覆盖了从水的冰点到沸点的大部分温度范围。这种具有荧光智能响应性的材料在光学器件、生物纳米材料、微型纳米传感器等领域具有重要的实际应用价值。

本发明所述的具有荧光/温度智能响应性聚合物分子刷薄膜的制备方法，其步骤如下：

（1）将石英基片放入盛有H₂SO₄（质量分数98%）和H₂O₂（体积比7：3）混合溶液的反应器中，在80～90℃下加热20～30分钟，使基片表面产生羟基基团，再将基片用去离子水冲洗后用氮气吹干；接着将基片置于含20uL～50uL3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）的10～20mL甲苯溶液中8～12小时，使基片表面连接上氨基基团，再将基片用二氯甲烷冲洗后用氮气吹干；然后将基片放入盛有0.1～0.5mL引发剂1、0.1～0.3mL三乙胺和10mL二氯甲烷的密封瓶中，在0℃条件下反应1～3小时，再在室温下放置12～18小时，将基片取出用丙酮与甲苯分别冲洗后用氮气吹干，得到表面接有引发剂的基片；

（2）室温下，将步骤（1）得到的表面接有引发剂的基片放入反应器中，然后加入2～5mL甲醇、2～5mL去离子水、0.01～0.03mol具有温敏性质的聚合单体2、2.7×10^-4～4×10^-4mol聚合单体3、6.7×10^-4～7×10^-4mol配体单体4，混合均匀，用高纯氮气置换空气30～60分钟后升温至60～70℃，再加入2.23×10^-4～2.78×10^-4mol催化剂单体5，混合均匀，在密封条件下反应3～6小时，将基片取出后用乙醇和去离子水的混合溶液（体积比为1：1～1：3）冲洗后氮气吹干，即在基片上得到了厚度为50nm～200nm的温度智能响应性聚合物分子刷薄膜；

（3）将步骤（2）得到的基片放入pH=7.0～8.0的NaOH水溶液中浸泡1～3小时，取出后用氮气吹干，然后将基片放入到1×10^-4mol/L～2×10^-3mol/L具有共轭结构的有机荧光分子水溶液中，在氮气保护、磁力搅拌、25～35℃条件下反应5～8h，取出后用蒸馏水反复冲洗3～5次，从而在基片上得到具有荧光/温度智能响应性的聚合物分子刷薄膜。