李春浩，孟 蕊，倪玉強(qiáng)，張 策，王 帥

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010022)

0 引 言

人類健康一直是科學(xué)家們研究的永恒話題，而影響人類健康的因素中，最直接的因素就是周圍的環(huán)境。然而，隨著近些年環(huán)境的不斷惡化，全球氣候變暖，我國(guó)內(nèi)蒙古中西部地區(qū)氣候越來越干燥。干燥的空氣是造成霧霾和沙塵暴的主要原因，這無疑對(duì)人們居住的城市微環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐闪艘欢ǖ挠绊懀缈诟缮嘣?、呼吸道粘膜感染、中暑、睡眠失常以及?xì)菌和病毒的繁殖和傳播等[1-4]。因此，改善或建造一個(gè)舒適的居住微環(huán)境是迫切需要的，開發(fā)一種新型的、有效的調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的新方法和新材料具有重要的實(shí)際意義。

材料表面潤(rùn)濕性可調(diào)是實(shí)現(xiàn)該類材料調(diào)節(jié)濕度的前提條件。潤(rùn)濕性是固體表面的一個(gè)重要因素，受到材料表面化學(xué)成分和特殊結(jié)構(gòu)的影響[5-9]。隨著科技的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)可通過某些外部的刺激如：光、電、熱等改變材料表面的潤(rùn)濕性[10-18]。由于內(nèi)蒙古自治區(qū)具有獨(dú)特的地理位置，光能相對(duì)比較豐富，因此研發(fā)一些利用光能的功能材料對(duì)太陽能的開發(fā)和利用具有一定的推動(dòng)作用。近年來，光感智能材料的開發(fā)以其利用太陽能的優(yōu)勢(shì)越來越受到研究人員的關(guān)注，這些材料可以通過光的不同波長(zhǎng)、方向、照亮區(qū)域和強(qiáng)度等因素提供遠(yuǎn)程和精準(zhǔn)的操控，尤其是與材料之間無接觸，從而對(duì)材料本身和周圍環(huán)境均不會(huì)造成負(fù)面影響。在眾多的光敏材料中，近些年以螺吡喃分子為光敏結(jié)構(gòu)的光控潤(rùn)濕性材料得到了極大的關(guān)注和廣泛的研究，這些材料已經(jīng)應(yīng)用于生物分子吸收、微流體設(shè)備和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域。螺吡喃及其衍生物作為典型的光致變色類化合物，具有諸多優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好、化學(xué)改性容易、反應(yīng)多樣性等。螺吡喃類衍生物在紫外光照射下，螺吡喃中螺C-O鍵斷裂，形成開環(huán)的極性結(jié)構(gòu)(部化青結(jié)構(gòu))，并能與二價(jià)金屬離子、H+、水分子、氨基酸和DNA等結(jié)合導(dǎo)致吸收光譜的移動(dòng)和增強(qiáng)，而且伴隨著相應(yīng)的顏色變化；當(dāng)在可見光照射下(或加熱)，C-O鍵重新結(jié)合，形成閉環(huán)的、非極性態(tài)的螺吡喃分子，此時(shí)與二價(jià)金屬離子、H+和水分子等的結(jié)合也會(huì)隨之?dāng)嚅_并恢復(fù)原來的顏色。這個(gè)過程是可以重復(fù)的，這種極性與非極性之間的轉(zhuǎn)變，可以導(dǎo)致其對(duì)水的靜電引力交替變化，使得潤(rùn)濕性發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)周圍濕度產(chǎn)生調(diào)節(jié)效應(yīng)[19-22]。

為了推動(dòng)該類材料在實(shí)際生活中的應(yīng)用，就需要簡(jiǎn)單并能大批量制備的技術(shù)。然而，目前螺吡喃基材料的制備技術(shù)與合成工藝較復(fù)雜，成本較高，一般處于實(shí)驗(yàn)室階段，難以達(dá)到大面積生產(chǎn)。靜電紡絲技術(shù)是一種可以生產(chǎn)不同形貌的纖維材料的簡(jiǎn)單并且有效的方法，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單、成本低，適合大面積制備；更重要的是電紡絲法能夠輕易地制備出多孔滲水的、空間網(wǎng)狀纖維膜，提供了充足的水分子吸收空間，為有效地調(diào)節(jié)濕度提供更加便利的條件，這也是其他基質(zhì)材料所不能實(shí)現(xiàn)的。

本研究中，通過靜電紡絲技術(shù)制備了一種含N-羧基螺吡喃(SP-COOH)的光響應(yīng)調(diào)節(jié)周圍濕度的納米纖維膜材料。首先合成了光敏高效的SP-COOH分子，按一定的比例和聚丙烯腈(PAN)混合，接著利用紡絲機(jī)將其電紡成膜。通過不同波長(zhǎng)光的照射作為螺吡喃分子變換極性狀態(tài)和非極性狀態(tài)的開關(guān)，進(jìn)而控制材料的吸濕和放濕狀態(tài)，以此來研究材料對(duì)小范圍內(nèi)濕度的影響，為實(shí)現(xiàn)廣泛地調(diào)控空氣濕度做好理論基礎(chǔ)。詳細(xì)討論了SP-COOH的摻雜量材料潤(rùn)濕性變化范圍和對(duì)濕度調(diào)節(jié)能力的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 SP-COOH/PAN的制備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

2,3,3-三甲基吲哚(2,3,3-Trimethylindolenine)：純度:98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；3-碘丙酸(3-Iodopropionic Acid)：純度>98%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；5-硝基水楊醛(5-nitrosalicylaldehyde)：純度:97%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司;哌啶(Piperidine)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇(CH3OH)、無水乙醇(C2H5OH)、甲苯(Toluene)、三氯甲烷(CHCl3)、四氫呋喃(THF)、乙酸乙酯(EAC)、石油醚(PE)，分析級(jí)，天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在裝有球形冷凝管的反應(yīng)瓶中加入4 g 2,3,3-三甲基吲哚，5 g 3-碘丙酸和30 m:甲苯，氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流反應(yīng)6 h。反應(yīng)結(jié)束后得到紅色固體，用大量的三氯甲烷洗滌，得到黃色固體，即N-羧基吲哚鎓碘化物。

稱取4 g上述固體、2.22 g 5-硝基水楊醛和2 mL 哌啶溶解在30 mL乙醇中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流5 h。反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸發(fā)出溶劑得到黑色固體，用甲醇洗滌3次得到黃色固體。用乙酸乙酯：石油醚=1∶2(體積比)為展開劑，通過柱層析分離純化得到最終產(chǎn)物SP-COOH。ESI-MS m/z (M+) calcd 380.14, found 381.45，(見支持信息S1)。1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.99 (d, J=8.0 Hz, 2H), 7.20 (s, 1H), 7.09 (d, J=6.8 Hz, 1H), 6.91 (d, J=10.0 Hz, 2H), 6.72 (d, J=8.6 Hz, 1H), 6.60 (d, J=7.8 Hz, 1H), 5.84 (d, J=10.4 Hz, 1H), 3.59 (d, J=26.5 Hz,2H), 2.70～2.58 (m, 2H), 1.26 (s, 3H), 1.14 (s, 3H)

配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的PAN/DMF溶液，待完全溶解后，在室溫下攪拌48h。分別按質(zhì)量比為4%、6%、8%和10%(SP-COOH/PAN)配置紡絲前驅(qū)溶液，并在室溫下攪拌8 h至混合均勻。在靜電紡絲制膜過程中，設(shè)置工作電壓為16 kV、紡絲距離為15 cm、室內(nèi)溫度為25攝氏度、室內(nèi)濕度低于20%、前驅(qū)溶液推進(jìn)速率為0.08 mL/h。聚合物溶液在電場(chǎng)中不斷拉伸，并伴隨溶劑的揮發(fā)，最終在接收板上收集到纖維膜。

1.2 樣品的測(cè)試與表征

核磁共振光譜儀(美國(guó)Bruker公司 ARX-500)：化學(xué)位移以百萬分率(以CDCl3，TMS作為內(nèi)標(biāo))報(bào)告，偶合常數(shù)(J)以Hz表示。通過質(zhì)譜儀(日本島津公司AXIMA-CFRTM plus)記錄MALDI-TOF質(zhì)譜。在UV-Vis(日本Hitachi公司 U-3010)分光光度計(jì)上記錄UV-Vis光譜。使用FEI XL30掃描電子顯微鏡(包括能量色散X射線(EDX)分析)觀察靜電紡絲表面的形態(tài)。靜電紡絲薄膜的接觸角用液滴形狀分析系統(tǒng)(德國(guó)Krüss公司DSA100)在室溫下以固著模式測(cè)量。對(duì)于靜態(tài)接觸角測(cè)量，使用2 μL的液滴尺寸。通過在3個(gè)不同位置測(cè)量相同樣品獲得平均接觸角(CA)值。用有機(jī)玻璃容器模擬封閉空間，將纖維膜，溫度計(jì)和濕度計(jì)放入其中來測(cè)試濕度變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 SP-COOH/PAN的合成及表征

圖1是制備具有可調(diào)節(jié)潤(rùn)濕性和周圍環(huán)境濕度的有機(jī)功能分子SP-COOH的合成路線。該功能分子合成的過程需要兩步完成：第一步通過2,3,3-三甲基吲哚與3-碘丙酸反應(yīng)得到1-(2-羧基)-2,3,3-三甲基吲哚鎓碘化物。該物質(zhì)是一種季銨鹽，產(chǎn)率約為74.3%。第二步用哌啶作為催化劑將上述產(chǎn)物與5-硝基水楊醛反應(yīng)得到最終產(chǎn)物SP-COOH，通過ESI-MS和 1H-NMR數(shù)據(jù)證實(shí)了SP-COOH的化學(xué)結(jié)構(gòu)。最后，以PAN為紡絲載體，通過靜電紡絲法制備了富含SP-COOH的光響應(yīng)可調(diào)節(jié)濕度的納米纖維膜。

2.2 紫外光譜分析

首先，配制SP-COOH與C2H5OH為1 mg/5 mL的溶液。測(cè)試SP-COOH的光致開環(huán)和閉環(huán)過程，在波長(zhǎng)為365 nm的紫外光照射條件下，SP-COOH轉(zhuǎn)化為開環(huán)的部花青結(jié)構(gòu)，吸光度加強(qiáng)，如圖2(a)中所示，最初吸光度約為0，證明，SP-COOH基本以閉環(huán)體形式存在，隨著紫外光照時(shí)間的延長(zhǎng)，波長(zhǎng)在546 nm處的吸收峰值逐漸增大，40 s時(shí)吸光度達(dá)到最大值2.285，即經(jīng)過40 s紫外光的照射后，所有的SP-COOH均轉(zhuǎn)化為有色的部花青結(jié)構(gòu)。圖2(b)表示SP-COOH全部為有色的部花青結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)過可見光照射，吸光度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減小的過程，經(jīng)過40 s后，吸光度由2.216減小到0.028，證明SP-COOH基本上都恢復(fù)為無色的閉環(huán)狀態(tài)。最后，通過用紫外光和可見光交替照射該溶液來測(cè)試SP-COOH在閉環(huán)非極性和開環(huán)極性兩種構(gòu)型之間的可逆性，測(cè)試結(jié)果如圖2(d)所示。從圖中可以看出，用紫外光和可見光對(duì)溶液交替照射5次循環(huán)后，紫外-可見吸光度均基本保持不變。證明，SP-COOH具有優(yōu)良的抗疲勞性能，可以反復(fù)多次使用。

圖1 SP-COOH的合成路線Fig 1 Synthetic route of SP-COOH

圖2 不同紫外光照射時(shí)間(a)和可見光照射時(shí)間(b)對(duì)C2H5OH中SP-COOH吸收光譜的影響。(c)含SP-COOH的C2H5OH溶液在365 nm紫外光照射40 s，在空氣中可見光照射40 s后的顏色變化。(d)用紫外線(365 nm)和可見光交替照射SP-COOH時(shí)的吸光度變化Fig 2 Effect of different ultraviolet light irradiation time (a) and visible light irradiation time (b) on SP-COOH absorption spectrum in C2H5OH. (c) The color change of C2H5OH solution containing SP-COOH after irradiated by ultraviolet light at 365 nm for 40 s and irradiated with visible light in air for 40 s. (f) Absorbance change of SP-COOH upon alternately irradiation with UV light (365 nm) and visible light

2.3 材料表面形貌和光致潤(rùn)濕性變化

在本項(xiàng)研究中主要是研究一種具有調(diào)節(jié)濕度能力的智能光響應(yīng)纖維膜，而潤(rùn)濕性作為液體在固體表面吸附能力的重要指標(biāo)在本項(xiàng)研究中顯得尤為重要。螺吡喃衍生物通常用于改變材料表面潤(rùn)濕性，因?yàn)槁葸拎肿又械腃-O鍵可以發(fā)生可逆光化學(xué)裂解，導(dǎo)致非極性憎水螺吡喃變?yōu)闃O性的親水部化青結(jié)構(gòu)。首先通過靜電紡絲法制備質(zhì)量比為m(SP-COOH)∶m(PAN)=0.08∶1的纖維膜。圖3(a)是8% SP-COOH/PAN纖維膜的掃描電鏡圖。從圖中可以看出，薄膜由連續(xù)的納米纖維組成，其纖維直徑約為840 nm。該薄膜呈現(xiàn)淡黃色，用紫外光照射該纖維膜一段時(shí)間后，經(jīng)紫外吸收光譜分析發(fā)現(xiàn)在550 nm處出現(xiàn)特征吸收峰，證明了將SP-COOH摻雜進(jìn)PAN并進(jìn)行靜電紡絲之后，不會(huì)影響材料整體的光致異構(gòu)化性能。伴隨著顏色的變化，膜表面的潤(rùn)濕性也可以通過紫外-可見光交替照射發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變。接觸角(CA)是膜表面潤(rùn)濕性的重要表征，首先測(cè)試了8%SP-COOH/PAN膜在可見光下的接觸角，為149.7°±0.3°，表明該材料表面是疏水的。當(dāng)用紫外光照射約90秒時(shí)， CA值由149.7°下降到137.3°，如圖3(c)所示。隨后用可見光照射110 s后，材料顏色及接觸角恢復(fù)成原來的狀態(tài)。接觸角有這樣的變化與螺吡喃分子在紫外可見光照射下發(fā)生光致異構(gòu)化有關(guān)。在365 nm紫外光照射下，纖維膜上的SP-COOH分子螺C-O鍵斷裂，裸露出質(zhì)子化的氧負(fù)離子，此時(shí)與水的靜電作用加強(qiáng)，測(cè)量接觸角的時(shí)候，水滴會(huì)漸漸地滲入材料表面與水滴之間形成的凹槽，材料表面潤(rùn)濕狀態(tài)展現(xiàn)了由Cassie-Baxter模型向Wenzel模型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，因此膜表面容易被潤(rùn)濕，CA減小；當(dāng)用可見光照射時(shí)，螺C-O鍵重新結(jié)合，水分子與螺吡喃分子的靜電引力降低，此時(shí)在測(cè)量接觸角的時(shí)候，材料表面潤(rùn)濕狀態(tài)會(huì)保持Cassie-Baxter模型，因此接觸角變大。通過反復(fù)用紫外-可見光照射該纖維膜，材料表面接觸角變化是可逆的，而且變化值幾乎一樣，證明該材料表面的潤(rùn)濕性受光控制可以發(fā)生多次可逆的轉(zhuǎn)變，可以重復(fù)使用。

圖3 (a) 8% SP-COOH/PAN膜的掃描電鏡(SEM)照片。 (b) 8% SP-COOH/PAN纖維膜的紫外吸收譜圖。 (c) 8% SP-COOH/PAN纖維膜的顏色和其表面接觸角的變化。 (d) 8% SP-COOH/PAN膜經(jīng)紫外光和可見光交替照射后的接觸角數(shù)值的變化Fig 3 SEM image of 8% SP-COOH/PAN film (a) and the magnified image inset. (b) UV absorption of the 8% SP-COOH/PAN fiber film. (c) Characteristic water droplet profile on the 8% SPCOOH/PAN film and the color change upon UV light irradiation (right) and visible light irradiation (left). (d) Static contact angle values on 8% SP-COOH/PAN film under sequential irradiation with UV (365 nm) light and visible light

光致變色螺吡喃分子是使膜潤(rùn)濕性發(fā)生變化的唯一原因，因此，本項(xiàng)研究通過靜電紡絲技術(shù)制備SP-COOH摻雜量(4%、6%、8%和10%)不同的纖維材料。通過SEM觀察了這一系列纖維膜的形貌，如圖4所示。從電鏡照片可以看出，無論摻雜量是多少，纖維膜均由連續(xù)的纖維構(gòu)成，僅僅是纖維的平均直徑發(fā)生了少許的變化：隨著螺吡喃摻雜量的增加，纖維平均直徑呈減小趨勢(shì)，平均直徑分別為950、920、840、780 nm。在其它紡絲條件不變的情況下，纖維直徑主要是由紡絲溶液的濃度。當(dāng)SP-COOH摻雜量增多時(shí)，聚合物載體PAN的濃度就會(huì)相應(yīng)的減小，因此紡絲過程中會(huì)在電場(chǎng)中受到更大的拉伸力，使纖維直徑變小。

在可見光照射下，分別測(cè)試這些靜電紡絲薄膜(SP-COOH的摻雜量分別為4%、6%、8%和10%)的接觸角分別為144.3°±0.4°、146.1°±0.6°、149.7°±0.3°和151.4°±0.4°，如圖5所示。從圖中可以看出，隨著SP-COOH的摻雜量逐漸增大，膜表面的CA值逐漸上升。通常影響潤(rùn)濕性有兩個(gè)因素，一是材料表面的組成成分，而是材料表面的微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)于這四種纖維膜來說，表面形貌幾乎沒有差別，只有纖維直徑的微小變化，因此對(duì)接觸角影響較?。粨诫s的SP-COOH在可見光照射下，體積較大的螺吡喃部分為疏水基團(tuán)，因此摻雜量越多，材料表面的接觸角越大。

圖5 SP-COOH摻雜量為0%、4%、6%、8%和10%時(shí)，纖維膜表面的接觸角。CA (0%)=141.4°±0.3°、CA (4%)=144.3°±0.4°、CA (6%)=146.1°±0.6°、CA (8%)=149.7°±0.3°和 CA (10%)=151.4°±0.4°Fig 5 CA values of SP-COOH/PAN electrospun films based on different doping amount of SP-COOH: CA (0%)=141.4 ° ± 0.3 °, CA (4%)=144.3 ° ± 0.4 °, CA (6%)=146.1 ° ± 0.6 °, CA (8%)=149.7 ° ± 0.3°, CA (10%)=151.4°±0. 4°

為了探究這一系列纖維膜在紫外光和可見光照射下潤(rùn)濕性發(fā)生的變化，采用與8% SP-COOH/PAN 纖維膜相同的研究方法，用紫外光和可見光交替照射SP-COOH 摻雜量分別為4%、6%和10%的 SP-COOH/PAN纖維膜結(jié)果如圖6所示，可以看出SP-COOH摻雜量對(duì)潤(rùn)濕性的光感應(yīng)調(diào)節(jié)有一定影響。在用紫外光照射100s后，4%、6%、8%、10%的SP-COOH/PAN接觸角分別為：140.7°±0.6°、139.1°±0.2°、137.3°±0.4°、135.5°±0.7°，并且纖維膜的顏色均由淡黃色變成紅色；隨后用可見光照射后，這些薄膜恢復(fù)成原來的接觸角狀態(tài)，顏色也變回淡黃色，這種潤(rùn)濕性的變化機(jī)制與8%SP-COOH/PAN的潤(rùn)濕性變化機(jī)理相同。從圖6e和6f中可以看出，隨著SP-COOH摻雜量的增加，材料表面在紫外-可見光交替照射后的接觸角變化值逐漸增大，變化值分別為3.6° (4%)、7.0°(6%)、12.4° (8%)和16.1° (10%)。進(jìn)一步證明了摻雜進(jìn)材料中的SP-COOH是影響這一系列材料表面接觸角的主要原因。在紫外光照射下，SP-COOH摻雜量越多，變?yōu)殚_環(huán)部花青結(jié)構(gòu)就越多 ，因此展現(xiàn)更強(qiáng)的親水性，CA值變??；當(dāng)可見光照射后，變回閉環(huán)螺吡喃結(jié)構(gòu)的分子就越多，因此材料表面疏水基團(tuán)增多，CA值變大。

圖6 SP-COOH摻雜量分別為(a) 4%、(b) 6%、(c) 8%和(d) 10%時(shí)纖維膜在紫外-可見光照射下的接觸角變化趨勢(shì)；(e) 不同SP-COOH摻雜量的纖維膜在紫外-可見光照射下的接觸角數(shù)值； (f) 不同SP-COOH摻雜量的纖維膜在紫外-可見光照射下的接觸角變化范圍Fig 6 Comparisons of CA changes on (a) 4%, (b) 6%, (c) 8% and (d) 10% SP-COOH/PAN electrospun films under sequential irradiation with UV (365 nm) light and visible light. (e) The summary of contact angle values. (f) Variation range of CA values of composite films as a function of doping amount of SP-COOH

2.4 SP-COOH/PAN膜在調(diào)節(jié)濕度中的應(yīng)用

相比調(diào)節(jié)材料表面的潤(rùn)濕性，SP-COOH/PAN膜對(duì)周圍空氣的濕度也有一定的調(diào)節(jié)作用。在本研究中，模擬了一個(gè)密閉空間來測(cè)試材料調(diào)節(jié)濕度的能力，將SP-COOH/PAN薄膜、溫度計(jì)、濕度計(jì)放入密閉空間內(nèi)(薄膜面積/空間體積=0.6 m2/m3)在測(cè)試之前，將空間密封保持3天來保證空間內(nèi)部的溫度和濕度平衡。用30 W紫外光燈和30 W白光燈在密閉空間之外交替照射纖維膜，這樣做的目的是消除燈本身發(fā)熱對(duì)密閉空間里的濕度造成影響；在測(cè)試過程中，整個(gè)密閉容器被遮光布覆蓋防止任何外部光線的干擾。測(cè)試結(jié)果如表1所示，不同摻雜量的SP-COOH/PAN 薄膜具有不同的可逆調(diào)節(jié)濕度的能力。摻雜量為4%、6%、8%、10%的SP-COOH/PAN膜對(duì)周圍濕度的光感應(yīng)調(diào)節(jié)范圍分別是2.2%～2.5%, 3.4%～3.9%,5.3%～5.8%和6.8～7.4%。可以看出，SP-COOH的摻雜量越多，不但對(duì)材料表面潤(rùn)濕性調(diào)節(jié)作用越大，對(duì)周圍濕度的調(diào)節(jié)范圍也越大。這是因?yàn)镾P-COOH的摻雜量越多，在紫外燈照射下，開環(huán)的部花青結(jié)構(gòu)也越多，對(duì)水分子的吸引作用越強(qiáng)，因此無論對(duì)潤(rùn)濕性還是周圍濕度都有更大的影響；同時(shí)在可見光照射后，變回閉環(huán)的、疏水的螺吡喃結(jié)構(gòu)的數(shù)目也越多，螺吡喃分子與水分子之間的作用力急速下降，因此潤(rùn)濕性和濕度都基本會(huì)回到原來的數(shù)值。

表1 摻雜量不同的SP-COOH纖維膜在紫外光燈和可見光燈照射后調(diào)節(jié)濕度的范圍Table 1 Humidity regulation range of 4%, 6%, 8% and 10% SP-COOH/PAN electrospun films under sequential irradiation with UV (365 nm) light and visible light

3 結(jié) 論

通過物理?yè)诫s將N-羧基螺吡喃(SP-COOH)與聚丙烯腈(PAN)混合，并利用靜電紡絲技術(shù)制備了一種新型光響應(yīng)調(diào)節(jié)濕度的SP-COOH/PAN纖維膜材料。這種材料可以利用SP-COOH在紫外-可見光照射下發(fā)生可逆光致異構(gòu)化來調(diào)節(jié)材料表面的潤(rùn)濕性和材料周圍的濕度。研究發(fā)現(xiàn)，SP-COOH的摻雜量對(duì)調(diào)節(jié)潤(rùn)濕性和濕度的能力有著不可忽視的影響。當(dāng)SP-COOH的摻雜量增加時(shí)，材料對(duì)潤(rùn)濕性和周圍濕度都有更大的調(diào)節(jié)作用。本研究為實(shí)現(xiàn)廣泛地調(diào)控空氣濕度做了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。另外，所利用的靜電紡絲技術(shù)是一種操作簡(jiǎn)單、成本低，適合大面積制備的材料制備方法，有希望將此類功能材料推廣應(yīng)用。