一种热致变色纳米纤维膜及其制备方法和应用

本发明属于热致变色材料应用领域，具体涉及一种热致变色纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、纺织品的基本功能是蔽体遮羞和隔湿保暖，保护人们免受环境变化的影响。随着现代生活需求的变化，人们开始探索具有传感、变色、保暖、降温、致动等新兴功能的智能纺织品(nano-microlett2021,13,72)。具有环境自适应可调颜色特性的智能纤维织物因其在传感、图像显示、光学记录、防伪、环境监测和伪装等领域的巨大应用潜力而受到越来越多的关注。近些年来，通过电致变色的智能纤维吸引了广泛的关注。然而，电致变色装置通常基于电引入氧化还原反应，导致纤维成分复杂而且制备过程复杂，阻碍了它们的实际应用和商业化潜力(acsappl.mater.interfaces 2021,13,57943-57951)。热致变色材料具有基于热信号刺激的独特颜色响应，赋予了其丰富艳丽的色彩，在制备智能变色纤维领域极具潜力。将热致变色材料应用于纺织材料上获得的热致变色智能织物，可以通过温度调控出一系列颜色，实现对温度的实时监控，集功能化与美观为一体，在可穿戴显示、视觉传感和自适应伪装等领域有着广阔的应用前景。

2、有机金属配合物是一种过渡金属离子与有机物配合形成的稳定有机无机杂化材料，兼具无机材料和有机半导体的特性，具有大范围可调的光、声、电、热等物理化学特性，在热致变色领域具有广阔的应用前景(adv.mater.2016,28,8819-8860)。例如，镍的有机配合物[rxnh4-x]2nicl4(r是烷基或芳胺基团)展现出高的透明度和从蓝色和绿色之间可逆的热致变色过程，更重要的是其热致变色温度阈值可以通过烷基或芳胺基团的氢键强弱和分子大小以及卤素原子进行精确调控，在智能变色玻璃领域吸引了广泛兴趣(science 2021,374,1501)。目前热致变色有机金属配合物的体系有限，固态热致变色温度均高于七八十摄氏度，热致变色材料的构效关系还未被深入系统研究，在热致变色智能纤维或织物的应用鲜有报道，限制了其在智能变色织物的应用。受配位化学的启发，氢键等非共价作用力可调节整个配位体系的作用强度，这就为合理设计和合成所需的有机金属配合物提供了一条可行的途径。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于有机金属配合物的热致变色纳米纤维膜制备方法，利用有机金属配位物的多组分协同效应和可调光电性能，以廉价易得的商业分子为原料，通过简单快捷和温和廉价的机械化学研磨方法合成高性能热致变色材料，进一步引入到聚氨酯纤维中，制备热致变色纳米纤维膜。

2、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：

3、一种热致变色纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将金属化合物和有机配体分子混合后球磨，干燥，得到镍有机金属配合物；有机配体分子为具有氢键的脂肪链，所述金属化合物中的金属为过渡金属；

5、部分过渡金属具有d-d电子跃迁，展现一定的可见光吸收，有机配体分子具有调节配合物空间结构、响应性能和配位强度的作用，选择具有氢键的脂肪链；

6、(2)于室温下，将硬质聚氨酯颗粒和镍有机金属配合物溶解于有机溶剂中，得到具有热致变色效应的静电纺丝粘性溶液；

7、(3)将所述具有热致变色效应的静电纺丝粘性溶液进行静电纺丝，得到所述热致变色纳米纤维膜。

8、优选的，所述的步骤(1)中，金属化合物选自氯化镍、溴化镍、氯化钴或溴化钴。

9、优选的，所述的步骤(1)中，脂肪链选自二乙胺盐酸盐、二乙胺氢溴酸盐、三乙胺盐酸盐或三乙胺氢溴酸盐。

10、优选的，所述步骤(1)中，使用鼓风干燥箱进行干燥。

11、优选的，所述的步骤(1)中，金属化合物和有机配体分子的摩尔比为严格的1:1。

12、优选的，所述的步骤(1)中，球磨的时间为10-15min，转速为500-600r/min。

13、优选的，所述的步骤(1)中，干燥时间为60-80min，温度为60-65℃。

14、优选的，所述的步骤(2)中，有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺。

15、优选的，所述的步骤(2)中的有机溶剂、硬质聚氨酯颗粒和镍有机金属配合物质量比例是(65-70:(6-6.5):(1.2-1)。

16、优选的，所述步骤(3)中，静电纺丝的时间为10-20h，静电纺丝的电压为20-25kv，流速为0.3-0.4mol/h。

17、本发明还提供一种上述制备方法制备得到的热致变色纳米纤维膜。

18、本发明还提供一种具有可逆颜色转变的温度检测标签，包括上述的热致变色纳米纤维膜，所述可逆颜色转变的温度为70-72℃。

19、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

20、基于有机金属配合物，充分利用现有的有机材料体系，采用机械化学的研磨合成具有高效颜色切换的热致变色材料，有效避免了通过复杂的分子设计和精细的合成过程，在基础研究和实际运用上具有巨大的潜力。

技术特征：

1.一种热致变色纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属化合物选自氯化镍、溴化镍、氯化钴或溴化钴。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，脂肪链选自二乙胺盐酸盐、二乙胺氢溴酸盐、三乙胺盐酸盐或三乙胺氢溴酸盐。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属化合物和有机配体分子的摩尔比为1:1。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，球磨的时间为10-15min，转速为500-600r/min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，干燥时间为60-80min，温度为60-65℃。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的有机溶剂、硬质聚氨酯颗粒和镍有机金属配合物质量比例是65-70:6-6.5:1.2-1。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，静电纺丝的时间为10-20h，静电纺丝的电压为20-25kv，流速为0.3-0.4mol/h。

9.一种权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到的热致变色纳米纤维膜。

10.一种具有可逆颜色转变的温度检测标签，其特征在于，包括权利要求9所述的热致变色纳米纤维膜，所述可逆颜色转变的温度为70-72℃。

技术总结本发明属于热致变色材料应用领域，具体涉及一种热致变色纳米纤维膜及其制备方法和应用。其制备步骤如下：有机金属配合物由于多组分协同和集体效应，可产生丰富而独特的光电特性。遴选镍等金属离子，搭配烷基胺等有机配体，调控氢键与配位键强度，获得热致变色性能可控的镍有机金属配合物。称取金属化合物和有机配体分子，球磨，取出后干燥；溶解硬质聚氨酯颗粒和镍有机金属配合物，进行后续的静电纺丝工艺，获得热致变色纳米纤维膜，进一步地应用于温度检测标签应用。本发明基于配位化学，以廉价易得的商业材料为原料，通过简便和低成本的机械化学方法，设计合成具有高对比度颜色转换的有机金属配合物，并用于制备热致变色纳米纤维膜。技术研发人员：关晋平,杨友周,卓明鹏受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11