技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，涉及一種熒光聚合物分子刷薄膜、制備方法及用于高靈敏檢測(cè)爆炸物。

背景技術(shù)

TNT（三硝基甲苯）作為一種常見(jiàn)的炸藥，不僅影響公共安全而且其本身也是一種對(duì)人體有害的致癌物質(zhì)，分布在水體、空氣和土壤中對(duì)環(huán)境造成極大的污染，影響著人們的身心健康。目前各國(guó)對(duì)飲用水的TNT含量都有嚴(yán)格的限定值，美國(guó)環(huán)保部門(mén)要求飲用水中TNT最大含量為2ppb。因此如何選擇一種簡(jiǎn)便方法實(shí)現(xiàn)對(duì)TNT的靈敏檢測(cè)顯得尤為重要。

聚合物分子刷薄膜是指高密度地將聚合物分子鏈的一端連接于各種界面或聚合物鏈上而形成的一種均聚物或共聚物高分子體系。聚合物分子刷的特點(diǎn)在于聚合物厚度均勻，其結(jié)構(gòu)特性可以很好地控制和調(diào)節(jié)界面或表面的物理化學(xué)性質(zhì)，而且通過(guò)改變聚合物的組成、結(jié)構(gòu)和密度可以調(diào)控聚合物分子刷的聚集形態(tài)及功能基團(tuán)的分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面的改性、修飾及功能納米粒子的復(fù)合，擴(kuò)展在聚合物材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前已成為研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種可控自由基聚合反應(yīng)技術(shù)的成功發(fā)明為制備聚合物分子刷薄膜的研究提供了有效的途徑。如果將熒光分子與聚合物分子刷進(jìn)行復(fù)合，利用分子刷與熒光分子鍵合的穩(wěn)定作用，可以獲得具有優(yōu)異熒光性質(zhì)的聚合物分子刷薄膜，將其作為熒光檢測(cè)傳感器具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

利用TNT等硝基類(lèi)爆炸物的強(qiáng)吸電子能力，將其與聚合物分子刷中的熒光分子相互作用，導(dǎo)致熒光分子的熒光性質(zhì)發(fā)生淬滅，從而可以實(shí)現(xiàn)熒光功能聚合物分子刷薄膜對(duì)TNT的智能和靈敏檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種熒光聚合物分子刷薄膜、制備方法及用于高靈敏檢測(cè)爆炸物。

該方法首先在基底上合成厚度從納米至微米可控的聚合物分子刷薄膜，進(jìn)而將具有熒光性質(zhì)的有機(jī)分子（熒光分子）與分子刷薄膜復(fù)合，獲得具有熒光性質(zhì)的聚合物分子刷薄膜。利用爆炸物TNT分子與熒光分子間的電子轉(zhuǎn)移作用，導(dǎo)致淬滅熒光而使聚合物分子刷薄膜的熒光強(qiáng)度降低，實(shí)現(xiàn)熒光聚合物分子刷薄膜對(duì)TNT的智能檢測(cè)。這種熒光性質(zhì)分子刷薄膜材料可在較大濃度范圍內(nèi)對(duì)TNT實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，并具有很高的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)限可達(dá)到0.1ppb，遠(yuǎn)低于環(huán)保部門(mén)規(guī)定的2ppb最低檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這種具有TNT檢測(cè)功能的熒光聚合物分子刷薄膜材料開(kāi)拓了高分子響應(yīng)性材料體系，將在快速靈敏爆炸物檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)，機(jī)場(chǎng)安檢、光學(xué)材料、安全檢查及反恐等領(lǐng)域具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

一種具有高靈敏檢測(cè)爆炸物功能的熒光聚合物分子刷薄膜的制備方法，其步驟如下：

（1）將基片（通常為無(wú)機(jī)基片，包括石英、玻璃、云母、硅片等）放入盛有濃H₂SO₄（98wt％）和H₂O₂混合溶液（體積比7：3）的反應(yīng)器中，在70～95℃條件下加熱30～90分鐘，使基片表面產(chǎn)生羥基基團(tuán)，再用去離子水沖洗基片并用氮?dú)獯蹈桑蝗缓髮⒒糜?0～60uL含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑（如3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷等）與10mL甲苯混合溶液中反應(yīng)8～12小時(shí)，使基片表面連接上氨基基團(tuán)；將基片用二氯甲烷等溶劑沖洗吹干后，放入盛有0.1～0.3mL引發(fā)劑（2-溴異丁酰溴、2-溴丙酸甲酯、2-溴異丁酸乙酯、氯乙酸乙烯酯、氯乙酸烯丙酯、4-溴甲基二苯甲酮、4，4'-二溴甲基二苯甲酮、氯乙酰胺或偶氮二異丁氰等)，0.12～0.2mL酸吸收劑（三乙胺、正丙胺、正丁胺或吡啶等）、5～10mL二氯甲烷的密封瓶中，在0℃條件下反應(yīng)1～3小時(shí)后，再在室溫下反應(yīng)15～18小時(shí)，然后將接有引發(fā)劑的基片取出用丙酮與甲苯分別沖洗后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

（2）將步驟（1）得到的表面接有引發(fā)劑的基片放入反應(yīng)器中，加入5～8mL丙酮、1～3mL去離子水、0.8～2mol聚合單體1、0.67～0.7mmol配體單體2后混合均勻，室溫下通高純氮?dú)?0～60分鐘后，反應(yīng)體系升溫至60～70℃，加入0.223～0.278mmol催化劑單體3，混合均勻，在密封循環(huán)水冷凝條件下反應(yīng)3～6小時(shí)，將基片取出用四氫呋喃進(jìn)行超聲波清洗吹干后，置于120～260℃烘箱中加熱15～90分鐘，用大量去離子水沖洗并氮?dú)獯蹈桑丛诨系玫搅司酆衔锓肿铀⒈∧ぃ浜穸葹?0～200nm；