DOI: 10.1002/advs.202204848

本文综述了聚合诱导发射（AIE）材料与聚合物静电纺丝技术结合使用，以制备具有可调光物理和光化学性质的精细静电纺丝纤维的最新进展。用AIE染料（称为AIEgens）增强的微米级和纳米级纤维是定制的复合体系，可以克服由聚集诱导猝灭所带来的限制，这是传统发光材料的一个关键缺陷。本综述包括三个部分，首先，读者会接触到AIE的基本概念和支撑分子间运动受限的基本机制。随后介绍了与AIE基纤维相关的静电纺丝技术，以及控制纤维结构和最终性能的核心参数。第二，从最新的研究中提取了一些示例，以证明含有改性AIEgens（特别是四苯乙烯和三苯胺衍生物）的电纺纳米纤维和多孔膜如何产生增强的光稳定性、光热性能、光效率（量子产率）和提高的器件灵敏度。其先进的应用主要集中在光电子学、药物输送和生物学、化学传感器和机械变色传感器，以及创新型光热器件等领域。最后，提出了电纺AIE活性纤维这一新兴领域的现实挑战和潜在机遇，以促进该领域的前沿研究和探索。

图1.聚集诱导发射（AIE）与聚集引起猝灭（ACQ）的基本概念。a）传统荧光材料中ACQ的来源。b）AIE机制归因于分子内运动（RIM）的限制，包括螺旋桨状分子的分子内旋转（RIR）的限制（最常见的例子是TPA和TPE）。c）聚集态的蝶形结构的RIV（例如环八-四噻吩（CoTh）分子）。右图为聚集态的势能面，分别显示了ACQ和AIE具有和不具有锥形交叉（CI）的情况。S0和S1分别是基态和激发态。

图2.通过静电纺丝构建的发光AIE活性聚合物纤维在多个领域的新兴应用，包括光电OLEDs和WLEDs、药物载体、细菌检测和杀灭、荧光生物探针、刺激响应型荧光纤维作为检测压力、油和化学蒸汽的智能传感器，光热和光动力转换。

图3.用于制备包含AIEgens的聚合物纤维的主要静电纺丝技术示意图。a）基本静电纺丝设置；插图显示了典型泰勒锥的几何形状，b）并排（Janus）静电纺丝，c）带温度控制的熔融静电纺丝和d）同轴静电纺丝。

图4.供体（D）-受体（A）AIEgens。a）势能面显示了与固态聚集体相比，稀释溶液中可能的过渡态。b）左：稀释溶液中LE、HLCT和CT状态随极性变化，导致红移。右：聚集固体中的RIM，导致蓝移。

图5.a,b）用于静电纺丝纳米纤维的AIE活性聚合物的化学结构。c,d）CN-PI、CN-PA和IIIc纳米纤维的FESEM图像，没有任何微珠形成。e）IIIc在NMP溶液中、以及作为固体薄膜和电纺纤维的吸收光谱和PL发射光谱。ΦPL表示PL量子产率。

图6.a）AIE-B和AIE-O的化学结构。b）通过并排静电纺丝制造的Janus-NF的荧光图像，在纤维的对边掺杂了AIE-B和AIE-O。c）在359nm UV激发下，Janus-NFs的发射光谱及其相应的CIE 1931色度图（插图）。d）结合Janus-NFs的WLED器件制造，以及e）在空气中、氨熏蒸后和HCl环境中进行WLED测试。

图7.a）TPP-NI的化学结构。b,c）分别使用DMF和THF溶剂电纺丝制备纳米多孔和致密纤维。d）光致发光猝灭，插图显示在硅油吸附前后TPP-NI多孔纤维的荧光降低。e）TPP-NI多孔纤维吸附油之后的荧光猝灭机制。

图8.a）用于组氨酸（His）传感的TPE-咪唑Cu（II）络合物掺杂纳米纤维膜（IP-Cu-NMs）。当探测组氨酸（His）时，IP-Cu-NMs中的分子相互作用导致b）发光关闭状态和c）发光开启状态。

图9.a）基于TPE的前体胶束聚合物的结构。b）药物输送用植入式胶束生成库的示意图。当由细胞内谷胱甘肽（GSH）水平触发时，叶酸（FA）介导的摄取发生在控制释放之前。

图10.a）PSMA和b）PSMA-PEG-TPEC-Man的SEM图像；两种纤维均为随机取向且无珠。c）PSMA-PEG-TPEC-Man与细菌一起孵育，显示细菌在纤维垫表面均匀分布。d）随着细菌浓度的增加，大肠杆菌细菌结合后TPE的PL强度增加。e）细菌检测的生物传感机制。

图11.a）长宽比为0.4的Janus微电机（JMs）的SEM图像。插图：用Cy5 NHS（红色）标记CAT和用FITC（蓝色）标记甘露糖后的JMs的CLSM图像。b）用TPEC-Man和CAT对Janus纤维棒进行表面改性的方案。c）去除Boc侧基，然后进行PEI接枝和CAT固定。

图12.a）左：MTTT-BT的化学结构。b）用于太阳能蒸汽生成的3D全纤维气凝胶的制造过程中涉及的加工步骤。在15kV下，以0.8mL/h的流速进行电纺丝。c）3D AFA的SEM图像。d）当暴露于1、2和3kW/m2光强下3D AFA的温度上升趋势。e）3D AFA制成的AIE字母，以及f）在阳光照射下的光热成像。

图13.a）浮在水面上的3D AFA的延时照片显示，水通过疏水层泵送并通过亲水相互作用润湿顶表面。b）通过太阳辐射产生蒸汽（红色框中突出显示）。

图14.a）BPBBT的化学结构。b）BPBBT及其复合材料（绿线—BPBBT粉末、红线—BPBBT纤维、蓝线—BPBBT-油溶液和黑线—BPBBT CS-3）的吸收光谱。c）油中的BPBBT、BPPBT纳米纤维和CS-3纤维的量子产率。d）当溶剂极性增加时，BPBBT的吸收峰发生蓝移。e）CS-3的TEM图像。f）温度随辐照（光强为1kW/m2）时间的变化。g）暴露于自然阳光下1分钟的CS-3光热贴片的红外图像。

图15.a）TPA-BTDH的化学结构。b）TPA-BTDH在THF（四氢呋喃）溶液中的PL和吸收光谱。c）SEM图像显示了TPA-BTDH/PMMA纳米纤维垫在用1M NaBH4溶液处理10分钟之前（左）和之后（中）以及60分钟之后（右）的横截面形态。d）AFPCF包裹在泡沫中并漂浮在水上的照片。红外成像显示了经1kW/m2光强e）垂直和f）倾斜照射下的温度上升趋势。g）AFPCF样品经1kW/m2光强倾斜和垂直照射8小时的蒸发率（ER）。

图16.a）TTVB的化学结构。b,c）TTVB@NM和TTVB固体的吸收和发射光谱。d）采用DCFH指示剂比较TTVB和市售光敏剂（RB，二碘曙红）经光照射（34mW/cm2）在水溶液中的ROS生成能力。e）纳米纤维膜（NM）和f）TTVB@NM的SEM图像，g）横截面图显示了厚度约30μm的TTVB@NM多层纳米纤维膜。

图17.a）TTVB@NM涂覆医用口罩。b）粘附在TTVB@NM表面的三种不同微生物的FESEM图像以及c）经模拟阳光照射后从纤维表面将其消除。

图18.a）DBPA的化学结构。b）DBPA分别暴露于HCl和NH3蒸气时的PL光谱（插图：用HCl蒸气熏制的DBPA的放大部分）。c）无孔薄膜（滴注技术）和d）多孔薄膜（静电纺丝技术）的SEM图像。e）原始状态和f）暴露于HCl蒸汽后DBPA@SEBS电纺纳米纤维在365nm UV下的荧光图像，以及g）暴露于NH3蒸汽时绿色发射的恢复。

图19.a）TPE的化学结构。b）AIE活性纤维横截面的SEM图像，显示出核壳形态。c）纤维在365nm UV下的光致发光。

图20.a）磨损前后AIE活性纤维的荧光强度比，以及无磨损的纤维形态，50和90次磨损循环后的纤维形态。b）当字母在365nm UV灯激发下，织物上的AIE活性纤维的PL图像。c）AIE活性纤维用于防伪技术的示意图。d）暴露于丙酮蒸汽10分钟前后发光织物的PL强度变化。

图21.a）在不同压力下制备的TPE@ZIF-71颗粒，在环境光和365nm UV灯下观察它们的颜色。b）发射强度随着机械应力水平的升高而升高，这表明机械荧光变色开启传感行为。c）在液压机产生的单轴压缩作用下TPE@ZIF-71/PU纤维开启机械致荧光变色。

图22.a）AN的化学结构。b-d）含不同染料负载量（0.1、1和2wt%）的AN@PVA电纺纤维的SEM图像。e）比较裸（0wt%）PVA纳米纤维与染料掺杂纳米纤维的XRD图谱。f）纳米纤维的吸收光谱。g）发光纳米纤维的寿命衰减。h）在不同压力水平（环境压力至10.2GPa）下压缩并在365nm UV灯下激发的AN@PVA纳米纤维薄膜（1wt%）的PL照片。i）1wt%AN@PVA的最大荧光带的绝对强度与静水压的关系图。

图23.a）CB的化学结构。b）CB-PS/G-NH2苦味酸传感器的示意图。c）当水中PA浓度增加（0×10-4至10×10-4 M）时CB-PS/G-NH2的发射光谱。

图24.a）PET-Ch/TPE纤维方案。b）SIP和TPE-SO3的化学结构。c）PET和PET-Ch/TPE电纺纤维的SEM图像，显示出类似的网络形态。d）所有纤维（PET、PET-NH2、PET-SIP、PET-SIP（OH）、PET-Ch和PET-Ch/TPE）的XPS光谱。e）PET-Ch/TPE@PSMA-ChOx纤维用不同浓度的H2O2孵育12分钟后的荧光光谱。

图25.a）TPEBZMZ、d）HBT-NO2-P和HBT-NO2-O的化学结构。b）TPEBZMZ-O、原始粉末、TPEBZMZ-h和TPEBZMZ-n的荧光光谱和图像。c）TPEBZMZ-m、原始TPEBZMZ基纳米纤维薄膜、TPEBZMZ-m-h和TPEBZMZ-m-n的荧光光谱和图像。e,f）HBT-NO2-P和逐渐添加NH3时HBT-NO2-P的发射光谱。

图26.a）AIE活性POSS聚合物的化学结构。b）F1、c）F2、d）F3、e）F4（插图在荧光显微镜下拍摄，激发波长为337nm）、f）F5、g）F6、h）F7和i）F8薄膜的SEM图像。F1-F6由静电纺丝制备，F7由滴涂法制备，F9由旋涂法制备。j）暴露于DNT饱和蒸汽时F4的荧光猝灭；插图显示在25℃和365nm UV照射下，暴露于DNT饱和蒸汽4分钟之前（左）和之后的F4。k）在25℃下，所有纤维（F1-F8）暴露于DNT蒸汽4分钟的发射猝灭效率。

图27.a）CNT-AIE-CNC超分子体系作为静电纺丝CNT-AIE-CNC/PVA复合材料的填料的示意图。b）在TNP（2,3,6-三硝基苯酚）蒸汽存在下，CNT-AIE-CNC/PVA纤维的发射强度。

图28.a）TPE改性热固性环氧聚合物的化学结构。b）FNF-2的FESEM图像和显示核壳型纤维形态的横截面。c）由于固化过程中溶剂蒸发和热交联，提出了FNF-2核壳形态的形成机理。d）FNF-2作为薄膜涂层和电纺纳米纤维的发射光谱（插图：在365nm UV灯激发下的光致发光）。

图29.a）TPE-Si4的化学结构。b）TPEPMOs制备方案。c）TPEPMO-CF1和d）TPEPMO-CF2纤维的SEM图像。e）A）TPEPMO-CF1以及存在B）NH3和C）HCl时的PL光谱。f）组装在各种材料上的TPEPMO-CF2薄膜传感器，如橡胶手套、纸、树叶、口罩和布。使用聚多巴胺（PDA）介导的方法涂覆这些不同材料的表面。