基于β-环糊精/四苯基乙烯共掺杂PAN纳米纤维的荧光温敏传感材料开发与可视化应用

本研究针对传统荧光温度传感器成本高、响应范围窄等问题，通过电纺技术将TPE（四苯基乙烯）和β-CD（β-环糊精）嵌入PAN（聚丙烯腈）纳米纤维，开发出荧光纳米温敏传感器（FNTS）。该材料在20-100°C内呈现线性荧光衰减，并通过色阶映射实现温度分布可视化，为可穿戴设备和防伪检测提供了新策略。

　　

温度感知技术在现代医疗、工业和可穿戴设备中至关重要，但现有传感器如热电偶和电阻式传感器仅能单点测量，而PNIPAM（聚N-异丙基丙烯酰胺）基材料虽能可视化却受限于窄温区（10-50°C）和高成本。如何开发宽范围、低成本的可视化温度传感器成为研究难点。天津工业大学的研究团队创新性地利用电纺技术，将具有聚集诱导发光（AIE）特性的TPE与β-CD（β-环糊精）共掺杂于PAN纳米纤维中，制备出荧光纳米温敏传感器（FNTS），相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用电纺技术（electrospinning）构建一维纳米纤维载体，通过超声分散优化TPE/β-CD掺杂比例，并利用荧光光谱和灰度分析表征温敏性能。关键创新在于β-CD通过其大分子空间位阻增强聚合物链热运动，使TPE分子堆叠结构随温度升高解离，荧光强度在20-100°C范围内线性降低65%，响应时间仅90秒。

研究结果

1. 电纺溶液制备与TPE掺杂分析：通过溶解度测试确定TPE最佳掺杂量为1.5wt%，过量会导致纤维表面团聚（图S1）。β-CD的加入使荧光强度提升65%（图3）。
2. 形貌与结构表征：SEM显示纤维直径均匀（~300nm），XRD证实TPE/β-CD成功嵌入PAN基质（图4）。
3. 温度响应机制：升温时PAN链运动加剧，β-CD促进TPE分子解聚，导致470nm荧光峰衰减（图7），灰度值与温度呈负线性关系（R²>0.98）。
4. 应用验证：通过色阶映射将荧光图像转换为伪彩温度分布图（图10c），在80°C下循环测试20次仍保持稳定性（图9）。

结论与意义
该研究通过β-CD调控聚合物链动力学，突破了传统AIE材料温敏范围窄的限制，首次实现PAN基纳米纤维在宽温区（20-100°C）的可视化温度传感。FNTS兼具快速响应（<2分钟）、高重复性和柔性特征，为可穿戴健康监测（如创面温度成像）和动态防伪标签提供了新材料解决方案。相比PNIPAM体系，其成本降低80%（以PAN为基质），且无需复杂化学修饰，具有显著产业化潜力。未来可通过集成微型UV光源进一步优化便携性。