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随着环境污染及化石能源消耗的日益加剧,来源广泛的天然聚合物成为研究的重点。纳米纤维素(NC)是利用物理或化学方法从植物纤维中提取出来的高附加值产品,表现出生物相容性好,毒性低,可再生,丰富羟基用于修饰及自组装等优异性质。此外,NC薄膜拥有高透光率、摩尔吸光系数低等特点,将其开发为纳米纤维素荧光材料具有现实意义。镧系配合物(Lanthanide Complex)作为一类典型的无机荧光物质具备相关优势,毒性低,生物相容性好,尖锐的特征发射峰,发光纯度高,斯托克位移宽,荧光种类可覆盖整个可见光波段。本论文尝试利用镧系配合物对两种常见的NC(即氧化纤维素纳米纤丝(tCNFs)和纤维素纳米晶体(CNCs))进行改性从而制备复合薄膜,并着重探究薄膜的特征荧光性能。制备方法均基于纳米纤维素的自组装性能,tCNFs荧光薄膜采用真空抽滤辅助共组装,CNCs荧光薄膜采用蒸发诱导共组装。主要研究内容及结论如下:(1)tCNFs和CNCs成膜性能的探究。以棉浆板为原料,利用TEMPO氧化体系预处理辅助高压均质法制备tCNFs,再通过真空抽滤辅助自组装(VASA)过程形成薄膜;同样以棉浆板为原料,利用硫酸酸水解法制备CNCs,再通过蒸发诱导自组装(EISA)过程形成薄膜。两种薄膜都具有致密的层-层堆叠结构,这得益于这两种纳米纤维素中丰富的氢键作用;薄膜在可见光波长内都拥有高的透光率,tCNFs薄膜和CNCs薄膜在600 nm处的透光率分别为90.5%,90%,这是因为入射光的波长大于两种NC的尺寸,不会在薄膜的内部进行多重散射而是直接穿透;tCNFs薄膜的拉伸强度可观(12.5 MPa)并具有一定的柔韧性,可被用作复合薄膜的基材,CNCs薄膜虽然表现出高的拉伸强度,但脆性严重,不能进行实际应用,需要引入增塑剂进行改性。(2)三(2-苯并咪唑基甲基)胺镧系配合物(Ln(NTB)Cl3)改性tCNFs薄膜的构筑及性能研究。利用真空抽滤辅助共组装的方法制备了柔性荧光发射的薄膜,选用的Ln3+为Tb3+和Eu3+。主要研究结果表明,Ln(NTB)Cl3中的Ln可以与tCNFs表面的羧基O形成配位键,从而稳定负载于tCNFs上;三种复合薄膜 NTB-Tb3+-tCNFs、NTB-Eu3+-tCNFs、NTB-Tb3+/Eu3+-tCNFS 在可见光波长范围表现出高透光率以及雾度值,随着Ln(NTB)Cl3含量的增加,透光率降低,雾度值升高;特定紫外光激发下,NTB-Tb3+-tCNFs、NTB-Eu3+-tCNFs、NTB-Tb3+/Eu3+-tCNFs薄膜分别发射柔性的绿光、红光、橙光,这是由于镧系配合物的引入会导致薄膜产生空腔,紫外光在空腔进行多次的散射、折射,从而产生柔光效应,这也同时提高薄膜对紫外光的吸收能力。这种薄膜可用作防伪、光信号增强器件等。(3)水溶性β-二酮镧系聚合物(Poly-Ln)改性CNCs薄膜的构筑及性能研究。设计一种嵌段聚合物Poly-Ln用作“增塑剂”和“荧光剂”,解决CNCs类薄膜易碎问题的同时引入圆偏振荧光发射的性能,选用的Ln3+为Tb3+和Eu3+。主要研究结果表明,Poly-Ln与CNCs之间的羟基以氢键作用形成稳定的三维网状结构;CPL-Eu NP薄膜在600 nm处的透光率达到86%,随着Poly-Ln含量的增加,氢键作用增强,透光率不发生明显的变化;薄膜具有手性向列型螺旋结构并具有CPL发射;通过调节Poly-Tb和Poly-Eu的混合比例实现红光至绿光的多种CPL发射;Poly-Ln的引入会提高薄膜的韧性,断裂伸长率最高达到36.8%,但过量的聚合物引入会破坏液晶结构,导致CPL强度的降低。该薄膜未来在圆偏振荧光器件、3D荧光成像等方面有潜在应用。