DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101086

本文首次提出了开关型各向异性光电导薄膜（名为SAPF）的新概念。使用兼具荧光性和光电导性的2,7-二溴-9-芴酮（DF）作为发光导电材料，通过静电纺丝构建了具有顶部-底部结构的SAPF。以[高浓度DF（H-DF）/聚偏氟乙烯（PVDF）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）]//[Fe3O4/PVDF/PVP]Janus纳米纤维和[低浓度DF（L-DF）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）]纳米带作为结构单元分别构建了阵列顶层和非阵列底层。在没有光照的情况下，只有顶层是超顺磁性的。在275nm或290nm紫外光照射下，底层发出荧光，顶层具有各向异性导电性、荧光性和超顺磁性三种特性，这就意味着SAPF通过从无光照到有光照实现了从单功能到三功能的转换。具有压电性能的PVDF可以提高DF的光电导效应。通过从有光照到无光照的转变，SAPF导电方向的电流从7.147×10-4增加到0.807μA，各向异性程度达到1.958×103。通过调节芴酮的浓度、存在环境以及激发波长，可以将荧光颜色由绿色调制为蓝色。Janus纳米纤维确保了SAPF的高各向异性光电导性和荧光特性。SAPF在光照下显示出优异的光电导性、超顺磁性以及可调的荧光特性。该设计思路和制备工艺对新型多功能各向异性光电导薄膜的开发具有重要的指导意义。

图1.制备SAPF的装置和静电纺丝仪器图。

图2.（a）PVDF/PVP纳米纤维薄膜、Fe3O4 NPs、SAPF和对比样品的XRD分析；（b）具有不同Fe3O4/PVDF/PVP比值的SAPF的磁滞回线；（c）附在磁铁上的SAPF的数码照片。

图3.（a）十字形SAPF的SEM图像；（b,c）T-SAPF（b）和B-SAPF（c）的高倍放大SEM图像；（d,e）SAPF中Janus纳米纤维和纳米带的直径和宽度分布直方图；（f）[H-DF/PVDF/PVP]//[Fe3O4/PVDF/PVP]Janus纳米纤维的EDS线扫描分析；[H-DF/PVDF/PVP]//[Fe3O4/PVDF/PVP]Janus纳米纤维（g,i）和DF/PMMA纳米带（h,j）的（g,h）OM图像和（i,j）荧光显微镜图像。

图4.（a-c）SAPF-JN（a）、SAPF-CA（b）和SAPF-CN（c）的SEM图像。

图5.（a）SAPF、（b）T-SAPF和（c）B-SAPF的应力-应变曲线（“//”和“┴”分别代表沿着和垂直于Janus纳米纤维的排列方向）。

图6.（A,C）具有不同DF/PVDF/PVP比率的T-SAPF的激发和（B,D）发射光谱。

图7.（A,C）具有不同Fe3O4/PVDF/PVP比率的T-SAPF的激发和（B,D）发射光谱。

图8.（a,c）SAPF和三种对比样品顶层的激发和（b,d）发射光谱。

图9.（a,c）具有不同DF/PMMA比率的B-SAPF的激发和（b,d）发射光谱。

图10.T-SAPF在275nm（A）和290nm（B）紫外光激发下以及B-SAPF在280nm（C）和295nm（D）紫外光激发下的CIE色度坐标图。

图11.电导率检测的示意图。

图12.不同DF/PVDF/PVP比率（A、B）、不同Fe3O4/PVDF/PVP比率（C、D）、不同光功率密度（E、F）下的T-SAPF，SAPF和三个比较样本（G，H）以及B-SAPF（I，J）的光电响应。