一种多色电致发光纤维及其静电纺丝制备方法

本发明属于可穿戴智能服饰，具体涉及一种多色电致发光纤维及其静电纺丝制备方法。

背景技术：

1、近年来，可穿戴电子产品因其轻巧、灵活、便携和低功耗等优点引起了人们的广泛关注。通过将多种功能材料以物理或化学方法相结合，可穿戴电子设备可以具备各种基本功能，例如发光、热管理、发电和传感等。传统平面和薄膜可穿戴电子产品表现出优异和稳定的光电性能，但是缺乏透气性和舒适性。相比之下，基于功能纤维的新兴可穿戴电子产品变的更具有吸引力，它具备柔性可穿戴、服用性能佳、可扩展制备以及多功能集成等优点。

2、在广泛的功能纤维电子产品中，电致发光纤维已被广泛研究用于各种应用，包括可穿戴和便携式照明、显示器和标牌。例如，正在开发智能可穿戴发光纺织品来制造交通安全背心，以防止夜间交通事故。此外，可穿戴发光纺织品还可用于织物显示器和娱乐装饰。虽然电致发光纤维能够通过针织、机织或编织将功能性发光纤维集成到纺织品中，但由于电致发光材料种类有限，电致发光纤维只有少量可供选择的颜色。

3、从应用的角度来看，各种颜色表达技术可以拓宽交流电致发光纤维的应用领域。尽管已有报道通过混合不同颜色的发光粉或改变掺杂剂浓度进行调色，但仍然只能实现小范围的颜色调节。因此，有必要发展一种更广泛颜色表达的可行和通用方法，从而满足实际应用中对色彩的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种多色电致发光纤维及其静电纺丝制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种多色电致发光纤维的静电纺丝制备方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)静电纺丝制备发光层：将电致发光材料、溶剂和作为粘结剂的聚合物混合，搅拌后得到发光纺丝溶液，通过静电纺丝将电致发光材料负载到导电纤维表面，得到具有发光层的导电纤维；

5、所述电致发光材料选自掺杂硫化锌型发光粉zns：mn、zns：cl、zns：cu、zns：sm、zns：tm、zns：cu,cl和zns：mn,cu,cl中的一种或几种，电致发光材料与聚合物的质量比为(1～5)：1；

6、(2)浸染制备颜色转换层：将具有发光层的导电纤维浸渍到荧光染液中，使纤维表面染上颜色，烘干后形成颜色转换层；

7、(3)浸涂制备介电层：将上染荧光染料后的导电纤维浸入pdms稀释液中，然后匀速缓慢拉出，烘干后得到均匀负载的介电层；

8、所述pdms稀释液由pdms和正己烷按1：(1～5)的质量比混合；

9、(4)构建外电极：将外电极以缠绕或涂覆的方式负载于介电层表面，得到电致发光纤维；

10、(5)绝缘封装：在电致发光纤维外部涂覆透明绝缘聚合物，烘干后获得最外层为透明封装层的多色电致发光纤维。

11、作为优选，所述电致发光材料为zns：mn、zns：cl、zns：cu、zns：cu,cl和zns：mn,cu,cl中的一种或几种；电致发光材料与聚合物的质量比为(2～4)：1。最优的情况是，zns：cu发光粉与聚偏氟乙烯-六氟丙烯质量比为3：1。

12、作为优选，pdms稀释液中，pdms和正己烷的质量比为1：(2～4)。最优为pdms和正己烷的质量比为1：(3～4)。

13、作为优选，步骤(1)中，

14、所述导电纤维包括金属导电纤维、镀金属粒子化学纤维、碳纤维、离子凝胶纤维、导电聚合物复合纤维中的一种或多种；

15、所述电致发光材料的粒径为10～50μm，优选10～30μm；

16、所述溶剂是n,n-二甲基甲酰胺与丙酮按(1～2)：1的质量比混合而成的；

17、所述聚合物选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种；

18、作为优选，步骤(1)中，

19、制备发光纺丝溶液的步骤为：将聚合物先配制成固含量为10％～20％的聚合物溶液，再加入电致发光材料：混合，得到发光纺丝溶液。

20、作为优选，步骤(1)中，静电纺丝的工艺参数为：流速0.3～1.5ml/hr，转速140～260rpm，移动速度0.5～2.5mm/s。

21、作为优选，步骤(2)中，所述荧光染料为花菁染料类、罗丹明类、荧光素类、香豆素及其衍生物类、苯并蒽酮类、奈尔羧酸衍生物类、蒽醌衍生物类、萘醌衍生物类染料中的一种或几种。

22、作为优选，步骤(2)中，烘干条件为：温度60～100℃，时间5～10min；步骤(3)中，烘干条件为：温度80～120℃，时间15～30min。

23、作为优选，步骤(4)中，所述外电极包括金属丝或金属粒子，金属丝包括银丝、铜丝、镀银铜丝、钢丝、钛丝或钨丝，金属粒子包括导电银胶、银纳米线、铜纳米线或纳米银。

24、作为优选，当采用缠绕法制备外电极时，螺距为0.2～0.8mm；

25、当采用涂覆法负载外电极时，需对介电层表面进行等离子体处理以提高亲水性，等离子体处理功率为100～150w，处理时间为1～5min，然后再浸涂导电溶液，浸涂时间为5～30s，浸涂次数为2～5次，浸涂后，在温度为60～150℃，优选80～100℃下烘干。

26、作为优选，步骤(5)中，所述绝缘聚合物为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂或有机硅树脂中的一种或多种；烘干条件为：温度80～150℃，时间20～40min。绝缘聚合物的最优选择是环氧树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂或有机硅树脂中的一种或多种。

27、一种由本发明所述的制备方法制得的多色电致发光纤维，该多色电致发光纤维自内至外依次包括导电纤维、发光层、颜色转换层、介电层和封装层，介电层外表面缠绕或涂覆外电极，外电极为金属丝或金属粒子。(1)导电纤维，作为纤维基底电极；(2)发光层，产生电致发光的功能层；(3)颜色转换层，利用荧光染料对光的吸收和发射特性对电致发光进行色彩处理；(4)介电层，避免器件短路；(5)外电极，与纤维基底电极一同提供电致发光所需的电场；(6)透明封装层，起绝缘和保护电致发光纤维的作用。

28、与现有技术相比，本发明的积极进步效果在于：

29、(1)本发明方法通过引入不同颜色荧光染料改变电致发光纤维的颜色，较大地拓宽了发光颜色范围，在智能服饰和图案装饰领域具有较高的应用价值；

30、(2)本发明工艺将静电纺丝和溶液涂覆法相结合，通过设备组装与改造可实现电致发光纤维的连续化制备，而且该技术简单、高效，条件温和，成本低，绿色环保，适合工业化生产；

31、(3)本发明的电致发光纤维柔性好、亮度佳、机械性能优异，可以用工业纺织设备进行针织、机织、编织、缝纫、刺绣等。

技术特征：

1.一种多色电致发光纤维的静电纺丝制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，制备发光纺丝溶液的步骤为：将聚合物先配制成固含量为10％～20％的聚合物溶液，再加入电致发光材料，混合均匀后得到发光纺丝溶液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，静电纺丝的工艺参数为：流速0.3～1.5ml/hr，转速140～260rpm，移动速度0.5～2.5mm/s。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述荧光染料为花菁染料类、罗丹明类、荧光素类、香豆素及其衍生物类、苯并蒽酮类、奈尔羧酸衍生物类、蒽醌衍生物类、萘醌衍生物类染料中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，烘干条件为：温度60～100℃，时间5～10min；步骤(3)中，烘干条件为：温度80～120℃，时间15～30min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述外电极包括金属丝或金属粒子，金属丝包括银丝、铜丝、镀银铜丝、钢丝、钛丝或钨丝，金属粒子包括导电银胶、银纳米线、铜纳米线或纳米银。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：当采用缠绕法制备外电极时，螺距为0.2～0.8mm；

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述绝缘聚合物为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂或有机硅树脂中的一种或多种；烘干条件为：温度80～150℃，时间20～40min。

10.一种由权利要求1所述的制备方法制得的多色电致发光纤维，其特征在于：该多色电致发光纤维自内至外依次包括导电纤维、发光层、颜色转换层、介电层和封装层，介电层外表面缠绕或涂覆外电极，外电极为金属丝或金属粒子。

技术总结本发明公开了一种多色电致发光纤维及其静电纺丝制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)静电纺丝制备发光层：通过静电纺丝将电致发光材料负载到导电纤维表面；(2)浸染制备颜色转换层：将负载有电致发光材料的纤维浸渍到荧光染液中，使纤维表面染上颜色从而形成颜色转换层；(3)浸涂制备介电层：将上染荧光染料后的纤维浸入PDMS稀释液中制备介电层；(4)构建外电极：将外电极以缠绕或涂覆的方式负载于介电层表面；(5)绝缘封装：最后涂覆透明绝缘聚合物进行封装。本发明方法通过引入不同颜色荧光染料拓宽电致发光纤维的颜色，在智能服饰和图案装饰领域具有较高的应用价值。制备工艺简单、条件温和、成本低、适合工业化生产。技术研发人员：胡毅,张英,刘明宇受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14