中山大學(xué)吳武強(qiáng)/昆士蘭大學(xué)王連洲《Nat. Commun.》:大面積防水耐用的鈣鈦礦發(fā)光紡織品
2023-01-19 來源:高分子科技
近年來,鹵化鉛鈣鈦礦在可穿戴光電子學(xué)領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用潛力,然而其實際應(yīng)用受限于它們在光照、濕度和溫度應(yīng)力下的不穩(wěn)定性、有害的鉛離子泄漏以及大規(guī)模高通量制備均勻發(fā)光紡織品仍存在困難。為了克服這些障礙,中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授團(tuán)隊聯(lián)合昆士蘭大學(xué)王連洲教授團(tuán)隊,通過簡易靜電紡絲技術(shù)實現(xiàn)了高通量、低成本制備超穩(wěn)定的大面積(> 375 cm2)鈣鈦礦復(fù)合纖維(PLT)。該鈣鈦礦紡織品展現(xiàn)了明亮且窄帶光致發(fā)光(光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)49.7 %,FWHM <17 nm),室溫條件下的T50發(fā)光時長可達(dá)14193小時,展示了優(yōu)異的水穩(wěn)定性(浸泡水時長> 3300 h),耐強(qiáng)紫外線照射,高溫(高達(dá)250°C)和壓力激增(30MPa)耐受性等。防水的鈣鈦礦紡織品能夠經(jīng)受強(qiáng)烈的水沖刷,展現(xiàn)可忽略不計的鉛泄露。此外,該發(fā)光紡織品的成本為~0.05 $/cm2,顯示了低成本大規(guī)模生產(chǎn)的前景,這些低成本制備且可擴(kuò)展的PLT可以滿足在海上救援中的突破性應(yīng)用。
圖1. PLT的制備過程示意圖和形貌表征
考慮到海洋環(huán)境和真實環(huán)境是復(fù)雜和動態(tài)的(如水流速度、pH值和深度),他們專門研究了PLT的抗酸/堿性,并評估了其安全性和可靠性。CsPbBr3@HPβCD@PFOS紡織品在pH = 1.2(PLQY = 31.4%)和pH = 12.8(PLQY = 36.3%)的水中浸泡24小時后,保存了其PLQY的~63-73 %。在該研究中,PLT在水中的高壓耐受性也進(jìn)行了評估,其表明當(dāng)救援者或者潛水儀器潛入深海時,在高壓30 MPa 擠壓(相當(dāng)于水下3000米的深度),PLT仍然保持了其初始PL強(qiáng)度的38%(圖2a)。此外,基于CsPbBr3@HPβCD@PFOS的PLT顯示出很強(qiáng)的抗水性,即使在浸泡3260 h后(圖2b),依舊保持 85% 的熒光強(qiáng)度。利用自制的動態(tài)水裝置模擬了570 mL/ min快速流速沖刷下PLT的真實情況,結(jié)果顯示PLT可以連續(xù)發(fā)出綠光(圖2c)。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測量結(jié)果表明,在動態(tài)水沖刷3300小時過程中,泄露的Pb2+濃度僅僅為3.94 ppt,這低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的安全飲用水的Pb2+濃度 (<0.01 ppm)8個數(shù)量級。這種抑制鉛離子泄漏的優(yōu)異能力可以歸因于HPβCD團(tuán)簇對重金屬離子的原位封裝和有效的化學(xué)吸附。
圖2. PLT在海上救援中的應(yīng)用
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-35830-8
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