多孔和无孔纳米结构和应用的制作方法

专利名称：多孔和无孔纳米结构和应用的制作方法
技术领域：
纳米纤维结构和生产具有表面孔隙度的纳米纤维结构的方法以及多孔和无孔纳 米纤维的涂布方法。可在例如催化剂、照明和纳米材料储存与运输之类的应用中使用这 些材料。相关现有技术的说明可在从布料工业到军事战争的各种应用中使用纳米纤维。纳米纤维生产的静电 纺丝技术最近受到关注。纳米纤维材料的独特材料性能主要来自于超高表面积。具有 多孔表面特征的纳米纤维具有比光滑纳米纤维高的表面积。在文献中报道了数类制备方 法，制造在纳米纤维表面上的多孔特征。Kanehata 等人，Nanotechnology.2007，18，1_7 报道了 通过静电纺丝聚合物
和二氧化硅纳米颗粒的共混物溶液，接着通过煅烧除去聚合物，留下二氧化硅纳米纤 维，从而除去模板和制造纳米多孔无机纳米纤维。还使用冰晶作为可除去的模板，通 过低温静电纺丝，获得多孔聚合物纳米纤维，正如Simonet等人，PolymerEngineeringandScience, 2007，47，2020-2026所公开的。然而，这些方法牵涉或者特定的材料加工 条件或者特殊的静电纺丝条件来获得所需的多孔纳米纤维结构。还使用其他技术，通过 在水蒸气内纺丝纤维，一种基于所谓的“呼吸图(breath figures)的技术”，获得多孔纳米 纤维。Srinivasarao等人在Science，292 (5514) 792001年4月6日中报道了由于水的微 小液滴的沉积，导致在聚合物膜内形成孔隙度。这一技术具有的潜力是，静电纺丝多孔 纳米纤维，正如 S.Megelski, J.S.Stephans, D.B.Chase, and J.F Rabolt在Macromolecules, 35，8456(2002)中所报道的。Wendroff等人(美国专利Νο.6790528)还报道了采用特定 的聚合物/挥发性溶剂对，常规的纺丝可得到多孔纳米纤维。以上提到的标题为“Luminescence Device”的美国申请序列号No.11/559,260公
开了使用纳米颗粒和纳米纤维产生白光光谱的方式。以下详细讨论且发明人意识到的一个问题涉及纳米颗粒在 发光器件和催化剂应 用内的安全、处理、固定、加工。这一一般的问题不仅影响发光应用，而且影响其中正 待解决的纳米颗粒处理和/或固定到其他材料结构上的其他应用领域。发明人意识到的 背景技术的其他问题涉及在这些背景技术中缺少孔隙度的控制。发明概述本发明的一个特征是提供改进生产静电纺丝纤维工艺窗的装置和方法，其中包 括配方，以便由聚合物溶液制备多孔和光滑的静电纺丝纳米纤维。另一特征是提供生产具有多孔和无孔表面特征的聚合物纳米纤维的装置和方 法，其中包括由具有两种组成的聚合物熔体制备多孔聚合物纳米纤维的方法和配方。本发明的再一特征是促进在多孔和光滑静电纺丝聚合物纳米纤维内包埋的量子 点的方法和条件。本发明的再一特征是促进施加用于纳米颗粒载体材料的静电纺丝多孔和光滑聚 合物纳米纤维。本发明的再一特征是促进施加使用静电纺丝的多孔和光滑聚合物纳米纤维作为 布置纳米颗粒材料的介质。本发明再一特征是促进静电纺丝的多孔和光滑聚合物纳米纤维的施加以供照 明。本发明的再一特征是促进静电纺丝的多孔和光滑纳米纤维的施加以供催化。在以下给出的本发明的公开实施方案中，提供本发明的各种这些和其他特征。要理解，前述关于本发明的一般说明和下述详细说明仅仅是例举，而不是限制 本发明。附图简述当结合附图考虑时，通过参考下述详细说明，容易获得本发明的更加全面的理 解和许多附加的优点，因为它们将变得更好地理解，其中

图1是描绘适合于沉积本发明的纤维和/或纳米纤维，其中包括例如掺入纳米颗 粒的静电纺丝装置的示意图；图2A、2B (A)、2B (B)、2B (C)和2B (D)是使用图1所述的方法制备的多孔聚 合物纳米纤维的扫描电镜图象；图3是使用图1所述的方法制备的多孔聚合物纳米纤维的透射电镜图象；
图4是使用本发明的量子点包埋(QDE)或纳米颗粒包埋(NPE)技术制备的聚合物/QD或纳米颗粒复合纳米纤维的透射电镜图象；图5是描绘QD的QDE或NPE吸收和解吸过程的示意图；图6是显示QD的QDE或NPE吸收和解吸的图片；图7是描绘使用QDE或NPE工艺，纳米材料废物处置的示意图；图8A是描绘根据本发明的一个实施方案，在纤维体积内部发光化合物布置的示 意图；图8B是描绘根据本发明的一个实施方案，在纤维表面上或其附近发光化合物布 置的示意图；图8C是描绘根据本发明的一个实施方案，纤维垫的示意图，其中纤维垫总体充 当光学散射中心；图8D是描绘根据本发明的一个实施方案，纤维垫的示意图，其中纤维垫充当单 独的散射中心；图8E是描绘根据本发明的一个实施方案，纤维垫的示意图，其中纤维具有在纤 维上不同尺寸量子点的分布；图9是获自曲线“a”中的纤维垫和不含纳米纤维的曲线“b”中的聚合物膜的 两个样品的所得光谱图，其中各自具有相同浓度的量子点；图10是阐述根据本发明的一个实施方案，形成发光器件的方法的流程图，其中 在静电纺丝工艺之后，发光颗粒固定到静电纺丝纤维上；图11是描绘根据本发明的一个实施方案的结构的示意图，其中发光二极管 (LED)通过封装剂耦合光到含发光材料的纤维上；图12是描绘根据本发明的一个实施方案的结构的示意图，其中发光二极管 (LED)通过封装剂耦合光，所述封装剂在其内含有含发光材料的纤维；和图13示出了 PAN/Au碳纳米纤维的SEM图象(A和B)和EDX形貌图象(C)， 其中在(C)中的白点表示在碳纳米纤维上Au纳米颗粒的位置。实施方案的详细说明纳米纤维典型地具有实心结构，所述实心结构可具有在10_2000nm范围内的一 个维度(例如，其直径)，而其他维度(例如长度)可相当长，例如尺寸为甚至数米。可 由各种材料，其中包括聚合物、陶瓷和玻璃、溶胶凝胶、聚酰亚胺制造适合于本发明的 纳米纤维，也可容易地制造材料的共混物。纳米纤维的一个特征是它们小的直径和因此高的表面积。可使用此处公开的方 法，容易地生产在可见光数量级( 500nm)或甚至更小的纳米纤维直径，从而产生非常 大的表面积。聚合物纳米纤维的表面可以光滑或者粗糙，例如多孔特征。纳米纤维的 粗糙表面形貌通常具有比若纳米纤维材料光滑时可获得的纳米纤维材料甚至更大的表面 积。在多孔表面特征的一个实例中，孔隙范围可以是Inm-lOOOnm，孔隙的深度范围可以 是Inm-lOOOnm。假设孔隙是在纳米纤维表面内的完美的半球形和假设若每一单位面积存 在一个孔隙，则用纳米纤维内的一半球孔替代圆面积将导致可计算的表面积100%增加。 其他孔隙形状，例如圆柱形或椭圆形的形状将增加表面积至大于100%。如图2所示，本 发明的孔隙不仅仅是完美的半球形。不规则和不同的孔隙形状还便于表面积提高。正因为如此，本发明的孔隙可导致表面积增加大于或等于50%，其中包括在一些情况下，表 面积增加多达200%。纳米颗粒典型地是尺寸范围为Inm-IOOOnm的颗粒材料。尽管球是纳米颗粒的 最常见的形状之一，但纳米颗粒材料可制成不同的形状，例如棒、矩形、正方形和圆柱形。纳米颗粒的组成可以变化。纳米颗粒的最常见形式之一是核-壳颗粒，其中 核可以是金属或无机化合物，可采用无机或有机材料制造壳(表面覆盖层(capping))， 提供钝化、环境保护或改进的电学或光学稳定性。这一结构的一个实例是用癸硫醇酯 (decanthiolate)覆盖分子覆盖的Au纳米颗粒，其他实例是CdSe/ZnS，其中ZnS壳包围 CdSe核。表面覆盖壳层常常具有防止颗粒彼此聚集的功能。表面覆盖层也可决定颗粒 在溶剂内的溶解度。也可改性壳分子，以改变纳米颗粒的总体性能。 因此，在本发明的一个实施方案中，可结合纳米颗粒和静电纺丝聚合物纳米纤 维，形成复合的聚合物/纳米颗粒纳米纤维材料。在这一复合材料中，纳米颗粒可均在 聚合物本体内部，或者纳米颗粒可以在纳米纤维的表面上或者部分包埋在纳米纤维表面 内。其中在后一情况下，通常出现预料不到的材料性能，例如荧光纳米颗粒的光学性能 的提高。这一提高的性能主要来自于纳米颗粒的尺寸限定的性能和聚合物纳米纤维的高 表面积。在本发明的一个实施方案中，在静电纺丝纳米纤维之后，通过使用以下所述的 量子点表面(QDE)技术，将纳米颗粒固定到聚合物纳米纤维上。纳米纤维的制造工序现参考附图，其中在数幅附图当中，相同的参考标记表示相同或相应的部件， 图1是描绘适合于沉积本发明的纤维和/或纳米纤维的静电纺丝装置的示意图。在本发 明的一个实施方案中，将颗粒(例如，可光刺激的颗粒)掺入到本发明的纤维和/或纳米 纤维内。对于使用可光刺激的颗粒的实施方案来说，这些颗粒当用基色光辐照时发射二 次光。在一个实施方案中，可光刺激的颗粒小于纳米纤维的直径。在图1中，静电纺丝装置21包括包围静电纺丝元件24的腔室22。正因为如此， 构造静电纺丝元件24，静电纺丝纤维由其构成的物质，形成纤维26。静电纺丝装置21包 括从静电纺丝元件24分配(dispose)并构造的收集器28，收集纤维和/或纳米纤维。在 以上列举并通过参考引入的美国序列号Nos.10/819,942、10/819,945和10/819,916中公开 了形成纤维和纳米纤维的各种方法。静电纺丝元件24与含静电喷雾介质，例如以上所述的聚合物溶液的容器供应 源30连通。本发明的静电喷雾介质包括本领域已知的聚合物溶液和/或熔体以供挤出 纤维，其中包括挤出纳米纤维材料。确实，适合于本发明的聚合物和溶剂包括例如在二 甲基甲酰胺或甲苯内的聚苯乙烯，在二甲基甲酰胺/ 二氯甲烷混合物内的聚己内酯，在 蒸馏水内的聚(环氧乙烷)，在蒸馏水内的聚(丙烯酸)，在丙酮内的聚(甲基丙烯酸甲 酯)，在丙酮内的乙酸纤维素，在二甲基甲酰胺内的聚丙烯腈，在二氯甲烷或二甲基甲酰 胺内的聚丙交酯，和在蒸馏水内的聚(乙烯醇)及其结合物。一般地，本发明的合适溶 剂包括聚合物可在其内溶解的有机和无机溶剂二者。当形成时，聚合物材料优选是透明 材料，尽管可与充当发光化合物的滤色器的添加剂(正如以下更加详细地描述的)一起纺丝聚合物。提供高压源34，维持静电纺丝元件24在高压下。收集器28优选放置在离静电 纺丝元件24顶部I-IOOcm处。收集器28可以是板或筛。典型地，通过高压源34建立 在2000-400,000V/m之间的电场强度。典型地，收集器28接地，和从静电纺丝元件24 通过静电纺丝生产的纤维26被电场32导引到收集器28。电场32从静电纺丝元件24的 尖端推动长丝或流体的液体射流42形式的纤维由其组成的物质。供应物质到每一静电纺 丝元件24中优选与电场强度平衡，所述电场强度造成纤维由其组成的物质的提取，以便 离开静电纺丝元件24的液滴形状维持恒定。发光化合物在聚合物溶液中(或者在静电纺 丝工艺之后或之中，引入到纤维上)。在本发明的一个实施方案中沉积的纤维的直径范围 可以是50nm-数微米。正如本发明的静电纺丝工艺所述，给出下述非限定性实例，阐述聚合物、溶剂 的选择，挤出元件和收集表面之间的间隙距离，溶剂泵速，和电负性气体的添加分子量为350kg/mol的聚苯乙烯溶液，二甲基甲酰胺DMF溶剂，挤出元件的尖端直径1000微米，Al板收集器， 0.5ml/hr提供聚合物溶液的泵速，在81pm下CO2的电负性气流，2KV/cm的电场强度，和挤出元件的尖端和收集器之间的间隙距离为17.5cm。与相关申请，美国序列号Νο.11/130,269(全面通过参考引入)中一样，本发明可 使用不同的静电纺丝元件，生成不同尺寸纤维的混合纤维的纤维垫。该纤维垫的垫子一 侧可具有例如比纤维垫另一侧较大的平均纤维直径。在本发明的纳米纤维中所使用的纤维可包括，但不限于，丙烯腈/ 丁二烯共聚 物，纤维素，乙酸纤维素，壳聚糖，胶原，DNA，纤维蛋白原、fibronectin，尼龙，聚
(丙烯酸)，聚(氯苯乙烯)，聚(二甲基硅氧烷)，聚(醚酰亚胺)，聚(醚砜)，聚(丙 烯酸烷酯)，聚(丙烯酸乙酯)，聚(乙基乙烯基乙酸酯)，聚(乙基-共-乙烯基乙酸 酯)，聚(环氧乙烷)，聚(对苯二甲酸乙二酯)，聚(乳酸_共-羟基乙酸)，聚(甲基 丙烯酸)盐，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(甲基苯乙烯)，聚(苯乙烯磺酸)，聚(苯乙烯 磺酰氟)，聚(苯乙烯-共_丙烯腈)，聚(苯乙烯-共_ 丁二烯)，聚(苯乙烯-共-二 乙烯基苯)，聚(乙酸乙烯酯)，聚丙交酯类，聚(乙烯醇)，聚(氯乙烯)，聚(偏氟乙 烯)，聚丙烯酰胺，聚丙烯腈，聚酰胺，聚苯胺，聚苯并咪唑，聚己内酯，聚碳酸酯，聚 (二甲基硅氧烷-共-聚环氧乙烷)，聚(醚醚酮)，聚乙烯，聚乙烯亚胺，聚酰亚胺，聚 酰胺，聚异戊二烯，聚丙交酯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚砜，聚氨酯，聚(乙烯基吡咯烷 酮)，蛋白质，SEBS共聚物，蚕丝，和苯乙烯/异戊二烯共聚物。另外，也可生产含聚合物共混物的纳米纤维，只要两个或更多种聚合物可溶于 共同的溶剂内即可。数个实例是聚(偏氟乙烯)_共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(甲 基丙烯酸甲酯)_共混-聚(丙烯酸烷酯)，聚苯乙烯-共混-聚(乙烯基甲基醚)，聚 (甲基丙烯酸甲酯)_共混-聚(环氧乙烷)，聚(甲基丙烯酸羟丙酯)_共混-聚(乙烯基吡咯烷酮)，聚(羟基丁内酯)-共混-聚(环氧乙烷)，蛋白质-共混-聚环氧乙烷聚丙 交酯-共混-聚乙烯基吡咯烷酮，聚苯乙烯-共混-聚酯，聚酯-共混-聚(甲基丙烯酸 羟乙酯)，聚(环氧乙烷)-共混-聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(羟基苯乙烯)-共混-聚 (环氧乙烷)。 制备相对光滑聚合物纳米纤维的条件可通过以上所述的静电纺丝技术，使用具有一种溶剂体系的上述聚合物溶液或 者具有一种组分的熔体聚合物之一，制备光滑的聚合物纳米纤维。此外，除了溶剂静电 纺丝以外，溶剂静电纺丝工艺是与溶剂静电纺丝技术类似的工艺，所不同的是在溶剂静 电纺丝工艺中不牵涉溶剂，且在静电纺丝之前，在聚合物容器内加热熔体所使用的聚合 物到最多200-300°C。可使用单一聚合物体系，生成光滑的纤维。用于熔体静电纺丝的 合适的聚合物的实例包括，但不限于，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，乙烯乙烯醇，氟聚合 物，聚缩醛，聚丙烯腈，聚丙烯酸酯类，聚酰胺，聚酰胺-酰亚胺，聚芳基醚酮，聚丁 二烯，聚丁烯，聚碳酸酯，聚酮(polyektone)，聚酯，聚醚醚酮，聚醚酰亚胺，聚醚砜， 聚醚砜，聚乙烯，聚乙烯氯化物(polyethylenechlorinate)，聚酰亚胺，聚甲基戊烯，聚苯 醚，聚苯硫醚，聚邻苯二甲酰胺，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚氯乙烯，和聚偏氯乙 火布。制备多孔聚合物纳米纤维的条件溶剂静电纺丝技术在这一实施方案中，混合2-10Wt%聚合物溶液与添加剂， 所述添加剂不挥发，但相对于聚合物具有高的介电常数，以实现孔隙度，在一个实施方 案中，该添加剂溶剂的介电常数为50-189。在一个实施方案中，N-甲基甲酰胺用作具 有合适高的介电常数的有机溶剂且以重量百分数加入到溶剂混合物中。甲苯 是可与N-甲基甲酰胺一起使用的一种溶剂。在一个实施方案中，在静电纺丝混合物中使 用甲苯作为混合物的较大重量百分数，例如范围为80-99wt%。在图2和3中作为实例， 示出了由这些甲苯/甲基甲酰胺/PMMA生产的多孔聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA聚合物 纳米纤维。静电纺丝的条件紧密遵照以上所述的实例，所不同的是包括甲苯，用甲基甲 酰胺取代二甲基甲酰胺，和用PMMA替代聚苯乙烯。观察使用这一方法获得的平均孔度取决于在纺丝溶液内的添加剂的重量分数。 对于范围为2%和20wt% WN-甲基甲酰胺证明了这一效果。在超过20%的水平下，发 现孔隙太大，以致于无法维持纳米纤维的圆柱形形状。在这些条件下，多孔纤维倾向于 坍塌且折叠成肋条，如图2A和图3所示。图2A示出了在静电纺丝条件+20KV，1.0ml/hr,收集器接地下制造的多 孔PMMA纳米纤维的扫描电镜(SEM)图象。样品用溶剂浓度为(a)98%甲苯，2% N-甲基甲酰胺，(b)95%甲苯，5% N-甲基甲酰胺，(c)90%甲苯，10% N-甲基甲酰 胺，(d)80% 甲苯，20%N_ 甲基甲酰胺。图 2A、2B (A) > 2B (B)、2B(C)和 2B(D)图 2A、2B(A)、2B(B)、2B (C)和2B (D)示出了在较低的放大倍率下，在静电纺丝条件 +20KV, 1.0ml/hr,收集器接地下制造的多孔PMMA纳米纤维的额外的扫描电镜(SEM) 图象。样品用溶剂浓度为(a)98%甲苯，2% N-甲基甲酰胺，(b)95%甲苯，5% N-甲 基甲酰胺，(C)90%甲苯，10% N-甲基甲酰胺，(d)80%甲苯，20% N-甲基甲酰胺。在图2A和2B中，显而易见的是，添加高介电常数的溶剂，例如N_甲基甲酰胺使所得纳米纤维多孔和最终成为肋条形状，相比之下采用单一溶剂体系制备的光滑纳米纤维具有圆的、圆柱形形状。对于采用较低浓度N-甲基甲酰胺，例如2%-5%制备 的纳米纤维来说，孔结构倾向于变得略微更加伸长，特别是沿着所得纳米纤维的纵向方 向，而不是在纳米纤维表面上完美的球形或圆形形状。当N-甲基甲酰胺的浓度增加 10%-20%时，圆形孔隙沿着所得纳米纤维的纵向倾向于变得甚至更加伸长。当N-甲基 甲酰胺的浓度达到20%时，孔隙开始彼此合并，并在纳米纤维表面上形成非常粗糙的表 面特征。这些特征的特征可在于，在一定的实验条件下为圆形孔隙，且在5%-10%重 量比的N-甲基甲酰胺下，清楚地观察到存在阈值，其中孔度显著增加和形状变得更加伸 长。观察到，从轻微伸长的形状到椭圆形状的在纳米纤维范围内的孔隙，且长径比 范围为1.1 1-10 1。孔隙部分包埋在纳米纤维的表面内，和在一些情况下，具有 5-lOOnm的估计深度，尽管较小的孔深度不可能容易地检测。孔隙具有5-lOOnm的估计 长度，尽管较小的孔长度不可能容易地检测。孔隙因此暴露了纳米纤维的内部表面，从 而与不具有孔隙的类似直径的纳米纤维相比，提供增加的表面积。相邻的孔隙可通过纳 米纤维壁材完全彼此分离，或者相邻孔隙可部分层叠，从而在纳米纤维内形成较大的空 腔。适合于本发明的其他高介电常数的溶剂的实例包括，但不限于，N-甲基甲酰 胺，N-甲基乙酰胺，N-甲基丙酰胺，N-乙基乙酰胺，N-丙基丙酰胺，甲酰胺，N-丁 基乙酰胺，N-乙基甲酰胺。其他的相容溶剂包括，但不限于，甲苯，二甲基甲酰胺，氯 仿，二氯甲烷，二甲基乙酰胺和丙酮。聚合物包括，但不限于，聚(甲基丙烯酸甲酯)， 聚(甲基丙烯酸丁酯)，聚(甲基丙烯酸苄酯)，聚(己内酯)，聚(乙烯醇)，聚(丙烯 腈)，聚(碳酸酯)及其共混物。采用二元聚合物体系静电纺丝，接着聚合物模板除去的熔体静电纺丝在这一 实施方案中，以上所述的熔体静电纺丝工艺是与溶剂静电纺丝技术类似的工艺，所不同 的是，在熔体静电纺丝工艺中不牵涉溶剂，且在静电纺丝之前，在聚合物容器内加热熔 体所使用的聚合物到最多200-300°C。对于在所得纳米结构内的孔隙度来说，可通过静电 纺丝不混溶的聚合物共混物，获得多孔聚合物纳米纤维，其中一种聚合物充当主链(或 第一基础成分)，而另一聚合物充当模板(或第二基础成分)。在本发明的这一实施方案 中，不存在这两种聚合物的共同溶剂。一旦在静电纺丝工艺中形成纳米纤维膜，则可通 过在可从纳米纤维中提取模板聚合物且不溶解主链聚合物的合适溶剂内浸泡膜结构，除 去模板聚合物。报道了使用溶剂基聚合物纳米纤维静电纺丝，使用模板聚合物生成多孔 聚合物纳米纤维。以下是在此通过参考引入的参考文献的列举Madhugiri, S., W.L.Zhou, et al. (2003)." Electrospunmesoporous molecular sieve fibers." Microporous and Mesoporous Materials 63 (1-3) 75-84.Han, S.O., W.K.Son, et al. (2004). “ Preparation of porous ultra-fine fibres via selective thermal degradation of electrospun polyetherimide/poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hyd roxyvalerate) fibres." Polymer Degradation and Stability 86 (2) 257-262.Li, X.S.and G.Y.Nie (2004). " Nano-porous ultra-high specific surface ultrafine fibers." Chinese Science Bulletin49 (22) 2368-2371.
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Zhang, L.F.and Y.L.Hsieh (2006). " Nanoporous ultrahigh specific surface polyacrylonitrile fibres." Nanotechnologyl7 (17) 4416-4423.二元聚合物实例在这一实例中使用主链聚合物聚(乙酸乙烯酯)(PVAc)和模 板聚合物聚(b_羟基丁酸酯)(PHB)。加热PVAc的不混溶聚合物共混物到90-200°C并进 行静电纺丝，形成聚合物纳米纤维膜。然后将所得纳米纤维膜置于具有二氯甲烷溶剂的 索氏提取器内8小时，完全除去PHB聚合物。形成多孔PVAc聚合物膜。与静电纺丝聚合物溶液有关的一般实验工序也应用到由聚合物熔体静电纺丝 上。然而，由于需要较高的电压，因此常规地在真空下进行静电纺丝。在关于熔体纺 丝纳米纤维的文献中，平均纤维直径看起来大于范围为10-200微米的相同聚合物的溶 剂-静电纺丝纳米纤维。在本发明中，在电负性气体环境内静电纺丝纳米纤维，从而生 产主链和模板聚合物的纳米纤维。使用索氏提取，在没有改变主链聚合物结构和形貌的 情况下，从聚合物纳米纤维膜中提取出模板聚合物。索氏提取器是一种已知的实验室装 置，它可用于从在提取所使用的溶剂内具有有限溶解度的固体材料中提取杂质。纳米纤维包埋工序与以上所述的或者在其他情况下制备纤维和纳米纤维的纤维垫所使用的制备工 序无关，在一个实施方案中，本发明使用新型方法在纤维垫内包埋纳米颗粒。这一简单 的一步技术在处理、储存、废物回收、处置中和在以下详述的具体产品内使用纳米颗粒 中提供各种应用。纳米颗粒渗滤对于图4的结果来说，在本发明中，通过此处称为量子点包埋(QDE)技术或此 处更一般地称为纳米颗粒包埋(NPE)技术的简单的一步技术，制造量子点(QD)或纳米 颗粒包埋的聚合物纳米纤维结构，因为在本发明中所使用的许多纳米颗粒不是量子点。 在这一方法中，将预静电纺丝聚合物纳米纤维浸渍在不会溶解聚合物，但轻微地溶胀聚 合物的量子点溶液内。可在本发明中，使用常规的胶体合成方法，制造量子点或纳米颗 粒溶液。所得纳米颗粒和/或量子点在有机溶剂内，其浓度范围为10_150μιηΟ1/1。纳 米颗粒或量子点溶液的温度在20-25°C的室温下。在QDE或NPE工艺过程中，聚合物纳米纤维因溶剂渗滤到聚合物内，软化并打 开聚合物网络，从而导致溶胀。纳米颗粒或量子点从溶液移动到聚合物表面上，这是因 为例如在溶液内纳米颗粒或量子点的布朗运动导致的。因此，在纳米颗粒或量子点溶液 内浸渍纤维5秒-72小时的时间段将吸收纳米颗粒或量子点。然后，所得纳米结构可在 恒定溶剂流速下漂洗20-30秒，以确保除去任何松散固定的表面纳米颗粒或量子点。在 这一实例中，将所得纳米膜置于清洁的显微镜载片上，并在使用之前，允许在室温下干燥。在图4所示的透射电镜图象中，在纳米纤维的外侧和内侧二者上均可见单独的纳米颗粒或量子点。从这一和其他图象中观察到最小的聚集。根据本发明的一个实施方案，可通过数个参数，例如浸渍时间、纳米颗粒的溶 液浓度、溶剂组成和实验温度，控制在聚合物纳米纤维上纳米颗粒或量子点的表面堆积 密度。在溶剂存在下，这些因素将影响聚合物纳米纤维的溶胀。此外，升高的温度可加 速在布朗运动过程中纳米颗粒或量子点的运动。升高的温度典型地低于聚合物的玻璃化 转变温度并低于QDE溶剂的沸点，通常在50-100°C的温度范围内。纳米颗粒包埋实例在己烷内的Au 2nm纳米颗粒。聚合物纳米纤维聚(甲基 丙烯酸甲酯)(PMMA)。在PMMA纳米纤维膜存在下，加热Au 2nm纳米颗粒到50°C。 尽管所施加的温度比PMMA的玻璃化转变温度低得多，但PMMA纳米纤维没有改变其结 构和形貌。然而，所施加的温度有助于软化聚合物并允许纳米颗粒更加自由地运动到纳 米纤维的亚表面内。同样重要的是，升高的温度有助于加速纳米颗粒的布朗运动并允许 发生比较快速的包埋过程。上述结果表明，本发明的聚合物纳米纤维垫结构可捕获QD(量子点)和/或纳 米颗粒。认为颗粒吸附到纳米纤维上的一种机理是借助在聚合物/液体界面内颗粒的布 朗运动，但其他机理也可起作用。携带纳米颗粒的溶剂首先软化聚合物纳米纤维表面层 并打开网络结构。然后颗粒移动到聚合物基体内(例如，由于布朗运动或其他机理)。 这是通常花费小于1分钟的过程。然而，溶剂性能、环境温度和纳米纤维与纳米颗粒的 表面化学的作用可影响吸收时间。这些因素例如可显著改变纳米颗粒和纳米纤维的吸附 性能，这便于这一 QDE技术的数种不同的应用。颗粒吸附的其他机理可包括颗粒简单地捕获在纳米纤维垫内，这可以是唯一的 机理，若含待吸附的纳米颗粒的流体不是纳米纤维垫内纳米纤维用溶剂的话。在一个实施方案中，可考虑QDE或NPE工艺是可逆的过程。在这一实施方案 中，QD/纳米颗粒吸附到聚合物纳米纤维表面上，这是因为溶剂溶胀效果(即打开聚合 物网络)和布朗运动(即颗粒迁移到聚合物表面/亚表面上)所致。这一过程消耗颗粒， 直到在界面处，溶液内的颗粒浓度达到溶剂/聚合物的平衡状态。由于这一平衡状态， 因此人们预期在纯溶剂内浸渍QD-负载的聚合物纳米纤维的随后工艺使颗粒带出聚合物 纳米纤维材料。图5图示了这一工艺，且在图6中反复证明。在图5和6所示的工艺中，在QDE工艺过程中，尺寸2nm的Au纳米颗粒(NP) 被吸附到聚合物纳米纤维垫上，并在解吸/解-固定工艺中释放回溶剂中。小量聚合物 溶解溶剂，例如二甲基甲酰胺(DMF)有助于促进QD的解吸工艺。本发明的纳米纤维 垫可具有足够小的孔度，以便能有效地过滤出(或捕获)纳米颗粒材料，其中包括量子 点。因此，将纳米材料的悬浮液过滤通过甚至在溶剂内不溶胀的纳米纤维可捕获并浓缩 纳米颗粒。然后可使用这些纳米纤维垫(如下所述)安全地处置纳米材料，和在具体应 用中，从这种过滤器中回收纳米材料仍然可以是有用的。纳米颗粒包埋的应用领域1.0纳米材料运输目前，运输纳米材料的一种常见的运输方法是在溶液内，以便最小化颗粒聚 集，因为通常用与一些溶剂相容的表面活性剂层涂布NP。然而，处理NP胶体悬浮液产生两个重要的安全担心。一个安全担心是纳米材料的未知毒性，和结果当存在运输瓶子 的偶尔溢流/或破碎时，纳米材料泄漏，从而产生安全危险。另一安全担心是使用有机 溶剂携带纳米颗粒。这种有机溶剂通常被视为本身是有毒的化学品。在本发明的一个实施方案中，通过使用静电纺丝纳米纤维材料作为载体，可解 决这些问题。可使用聚合物纳米纤维材料作为纳米颗粒的吸附剂。可携带不具有溶剂的 固体形式的纳米颗粒。以上所示的TEM显微数据证明聚合物基体可充当纳米颗粒的空间 分离器，以防止聚集或聚结。在其中使用纳米结构的这一实施方案中提供许多优点。这些优点包括_低成本的材料 _低安全危险，和-比较容易运输。在这一实施方案中，颗粒的捕获部分依赖于纳米纤维垫的溶胀。在其他应用 中，纳米纤维垫可仅仅起到过滤器的作用，从待过滤多层溶液中捕获纳米颗粒。这些应 用不如其中选择对溶液具有反应性的纳米纤维垫材料的那些应用有利。在其中纳米纤维 垫材料对含纳米颗粒的溶液不具有反应性的情况下，人们预期当继续过滤时，纳米颗粒 存在一定程度的聚集。在一些运输应用中，聚集可能是有害的，除非纳米颗粒的回收提 供从纳米纤维过滤器中单独释放纳米颗粒的机理。2.0纳米材料的废物回收和处置废物回收尽管快速地开发了纳米颗粒(NP)的研究，但制备结构确定的均勻纳 米材料的成本仍然非常高。因此，在生产和应用工艺中，需要回收NP或QD。聚合物 纳米纤维结构可用作NP或QD废物回收材料。这一应用的一个实例是在合成NP或QD 之后，从反应容器中，在漂洗溶液内收集纳米颗粒。这一漂洗溶液通常含有显著大量的 纳米材料，特别是对于高浓度的合成来说。在本发明的一个实施方案中，将聚合物纳米 纤维垫嵌入到含NP或QD的漂洗溶液内，并吸附纳米颗粒。针对图5描述的工序可用于 再回收纳米颗粒。这一再回收将提供下述优点-降低制备成本，和-容易使用。在这一实施方案中，颗粒的捕获部分依赖于以上所述的纳米纤维垫的溶胀。在 其他废物回收应用中，纳米纤维垫可聚集充当过滤器，从待过滤的溶液中捕获纳米颗 粒。这些应用不如其中选择对溶液具有反应性的纳米纤维垫材料的那些应用有利。在 其中纳米纤维垫材料对含纳米颗粒的溶液不具有反应性的情况下，人们预期当继续过滤 时，纳米颗粒存在一定程度的聚集。在一些运输应用中，聚集可能是有害的，除非纳米 颗粒的回收提供从纳米纤维过滤器中单独释放纳米颗粒的机理。废物处置尽管许多纳米材料NP或QD的毒理学是未知的，但认为它尤其高， 因为它们具有高的反应性和超小的尺寸。将小的纳米颗粒转化成较大的本体材料的工艺 将显著降低材料的毒性。在本发明的一个实施方案中，QDE工艺用于纳米材料的废物处 置，正如7所示。这一工艺牵涉QDE颗粒吸收到聚合物纳米纤维结构和随后的煅烧工序，以熔融纳米颗粒。这一工艺相对简单且没有牵涉复杂的工序和昂贵的设备。在如上所述的这一实施方案中，颗粒的捕获部分依赖于纳米纤维垫的溶胀。在 其他废物处置应用中，纳米纤维垫可聚集充当过滤器，从待过滤的溶液中捕获纳米颗 粒。由于在这一应用中纳米颗粒的回收不是担心的问题，因此使用为选择对溶液具有反 应性的纳米纤维垫材料不是重要的担心问题。纳米材料的废物回收和处置实例纳米颗粒在己烷内暗棕色的Au2-nm 核-壳纳米颗粒。聚合物纳米纤维白色的聚(丙烯腈)(PAN)静电纺丝纳米纤维。将 PAN静电纺丝成纳米纤维膜形式并置于Au 2-nm纳米颗粒溶液内2_4小时以供QDE工 艺。在这一 QDE工艺最后，纳米纤维垫变为暗棕色，从而表明纳米颗粒吸附到膜上。 然后将纳米颗粒负载的PAN纳米纤维膜置于管状炉内并在450-600°C下，在空气中煅烧2 小时。在这一加热工艺过程中，在纳米颗粒上的表面有机覆盖分子被烧掉，从而留下聚 集形式的Au纳米颗粒。
这一方法的优点包括-低成本聚合物纳米纤维材料，-低成本的废物加工工序，不需要昂贵的设备，和-当使用常规的废物处置技术(溶剂蒸发和燃烧)时，最小化纳米材料再引入到 环境内的可能性。使用纳米纤维/聚合物薄膜的优点尽管聚合物薄膜材料理论上可用于相同的目的，但与薄膜材料相比，聚合物纳 米纤维结构存在数个显著的优点，其中包括-较高的表面积。由于纤维直径小，因此通过纳米颗粒可接近更多的表面；和-在垫子内的纳米纤维的堆积结构。在薄膜材料的QDE工艺中，NP/QD可仅 仅接近薄膜材料的表面/亚表面。对于静电纺丝的纳米纤维来说，高度多孔的堆积结构 提供大得多可接近的表面以供QD/NP固定到相同量的材料上。3.0发光纳米结构固态发光(SSL)是指利用发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或聚合 物发光二极管(PLED)作为发光源而不是电灯丝(electricalfilament)或气体的发光类型。 常规可获得的SSL器件通常由被磷光体包围的LED组成，其中所述磷光体由通常大于 2mm的颗粒组成。尽管磷光体材料具有良好的发光性能，但有限数量的波长导致存在低 效和差的光谱质量问题。量子点材料成为制造SSL材料的强力候选物，因为它们的粒度 小，通常范围为1-lOnm，从而导致具有可高度微调的光学性能。量子点是其尺寸数量级等于或小于在室温下电子尺寸(deBroglie波长)的纳米 颗粒。当量子点的尺寸大致等于或小于电子的deBroglie波长时，产生人工约束电子的 电势井。这一电势井的尺寸决定了电子可获得的量子化能级，正如基本量子机理中的 "particle-in-a-box"解决方案所述。由于能级决定了量子点的荧光波长，因此仅仅改变
量子点的尺寸将一级近似地改变量子点辐射可见光时的颜色。因此，量子点的量子约束 效应直接影响从各量子点中发射出的光，和可通过组装不同尺寸的量子点，实现宽谱的 颜色。典型的量子点包括可被具有较高带隙的无机材料壳包围的纳米晶体核。用确保与各种溶剂 相容的外部有机层覆盖这一结构。在本发明的上下文中，整个组装件(即， 纳米晶体核，较高带隙材料的壳，和有机覆盖层)统称为量子点。这一量子点的代表 性实例由被硫化锌壳包围且用有机配体，例如三辛基氧化膦覆盖的硒化镉纳米晶体核组 成。这一核壳结构由 Evident Technologies of Troy, NY 销售。可由各种材料，其中包括，但不限于，至少一种硅、锗、磷化铟、磷化镓铟、 磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化 锆、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛和氧化锡等制造量子点的纳米 晶体核。对于本发明来说，尤其有用的是具有至少一个CdSe、InGaP> InP, GaP和ZnSe
核的量子点。由这一纳米晶体核产生量子点的光学性能。量子点以在低介电常数(低K)有机溶剂，例如甲苯内的胶态分散体形式可商 购。然而，量子点经历相互吸引且可聚集，这可干扰其量子行为并改变其性能特征。 例如，已知聚集将降低量子点的发光效率，并已知引起发射频率红移，这是因为能量转 移到因聚集导致形成的较大点上。参见J.Rodriguez-Viejo，K.F.Jensen, H.Mattoussi, J.Michel, B.O.Dabbousi and Μ.G.Bawendi, Applied PhysicsLetters, vol.70 (1997), no.16, 第21页，其全部内容在此通过参考引入。由于人眼对轻微的颜色变化敏感，因此颗粒聚 集可对来自发光源的光的质量产生重要影响。在极端情况下，聚集可导致来自量子点的 光致发光猝灭。图8A和8B是描绘可光刺激纤维(LF)2，其中包括例如置于或者纳米纤维表面上 或者纳米纤维本体内的发光颗粒4(即，以下公开的化合物之一)的示意图。更具体地， 图8A是描绘在纤维2的体积内分配发光颗粒4(例如，可光刺激颗粒，例如量子点半导 体材料或纳米磷光体)的示意图，正如图8A中以纳米纤维形式所描绘的。图8B是描绘 在纤维2的表面上或附近发光颗粒4分配的示意图，正如图8B中以纳米纤维形式所描绘 的。图8C是描绘根据本发明的一个实施方案的纤维垫6的示意图，其中纤维垫6总体充 当光学散射中心。在这一结构中，根据本发明的一个实施方案，可刺激的颗粒(尽管没 有清晰地示出)在整个纤维垫厚度h上与纳米纤维2结合分配。纳米纤维2累积提供散 射位点以供激发(或初级)光，从而在本发明的一个实施方案中，提高泵源光和可刺激颗 粒4之间相互作用的可能性。图8D是描绘根据本发明的一个实施方案的纤维垫6的示意图，其中以单独的散 射中心形式示出了纤维2。纳米纤维2单独地提供散射位点以供激发(或初级)光，从而 在本发明的一个实施方案中，提高泵源光和可刺激颗粒4之间相互作用的可能性。因此，在以下更加详细地描述的本发明的各种实施方案中，提供一种器件，它 包括例如在图8C和8D中示出的纤维垫以供来自纤维垫的可刺激的发射。纤维垫6包括 平均纤维直径范围为100-2000nm的纳米纤维，和与纳米纤维结合分配的多个光可刺激的 颗粒。一旦在波长λ处接收基色光，则可刺激颗粒4可产生二次光发射。平均纤维直 径的大小与波长λ相当，以便在用于基色光的纤维垫内提供散射位点。平均纤维直径范围为100-2000nm，或更合适地为300nm_600nm，或更合适地为 400nm_500nm。平均纤维直径范围为波长λ的0.50-1.50倍，或更合适地在波长λ的 0.9-1.10倍范围内。波长λ在100-2000nm范围内，或更合适地为400-500nm。纤维垫 6的厚度范围为0.1-2000微米，或更合适地范围为1-500微米。
在本发明的各种实施方案中，可刺激颗粒4除了或另外包括量子点材料以外，还包括例如纳米磷光体。纳米磷光体，例如在以下列举的那些和其他适合于本发明。合 适的纳米磷光体的实例包括，但不限于1.稀土掺杂的金属氧化物，例如 Y203:Tb，Y203:Eu3+，Lu203:Eu3+，CaTi03:Pr3+， CaO:Er3+, (GdZn) 0:Eu + ；2.稀土掺杂的钇铝石榴石(YAG)，例如YAG:Ce3+;3.稀土掺杂的氧化锆，例如 Zr02:Sm3+，ZrO2Er3+；4.稀土掺杂的钒酸盐(YV04:Eu)和磷酸盐(La，Ce，Tb) PO4 ；5.由寄主(host)材料(例如，Gd2O3, GdO2S, PbO, ZnO, ZnS, ZnSe)和掺 杂剂(Eu，Tb，Tm和Mn)组成的掺杂材料；和6.硫化锌和硒化锌的金属掺杂形式(例如，ZnS:Mn2+，ZnS:Cu+)。对于本发明来说尤其有用的是纳米磷光体，其中包括至少一种稀土掺杂的 YAG，掺杂ZnS和掺杂ZnSe。此外，如随后更加详细地描述的，可刺激的颗粒4可包括多个彩色特征 (color-distinctive)的光发射器(S卩，不同尺寸的量子点的分布或纳米磷光体的分布)，它 们将由基色光产生各自的二次光发射，并进而形成显色指数大于70或大于80的所得白 光。图8E是描绘根据本发明的一个实施方案的纤维垫6的示意图，其中纤维具有在纤维 上不同尺寸量子点的分布。在本发明的一个实施方案中，通过在高表面积介质，例如纳米纤维的纤维垫上 分散可刺激颗粒4，含有纳米纤维2和可刺激颗粒4 (例如，量子点)的纤维垫6的发射效 率增加到高于在膜内分散发光颗粒的平面堆积物(packing)所实现的那些。结果，在本发 明的一个实施方案中，这一纳米纤维垫结构可捕获LED发射的光子，其效率高于在膜内 分散量子点的情形，且在可见光波长下再辐射，其强度大于采用平面堆积的发光颗粒可 能的强度。此外，使用具有表面孔隙的纳米纤维提高这一效果，正如随后所述。尽管没有限制于任何特定的理论，但从纤维2中发射的光取决于纤维直径，纤 维上的孔隙大小，光波，纤维相对于光的取向和纤维的折射指数。纤维中的聚合物的实 际折射指数范围为 1.3-1.6。Van deHulst在 Light Scattering by Small particles, Dover, 1957 中曾经详述了轻微吸收材料的长纤维(它可以以与本发明纳米纤维结构类似的方式起作 用)的光散射效率曲线的实例。在早期的研究中，对于300nm的入射光来说，最大光散 射的尺寸参数(η倍纤维直径/波长)为3.14和散射效率(Q)Q1 = 4.2。对于600nm入 射光，尺寸参数为1.6，Q1为2。因此，在纤维垫内可能捕获的较短波长的光(认为常常 在本发明中使用)是较长波长光的2倍。这一现象的替代解释是，平均来说，在400nm 处光通过大致设计的纳米纤维材料的光学路径长度(OPL)比600nm光的OPL长。应用 到本发明的这一现象暗含可由纤维垫内纤维的光散射特征获得光发射的提高(即，以纤 维充当散射中心，和纤维垫充当介质，更加有效地约束纤维垫介质内的激发光，从而允 许激发光在其于纤维垫内的停留时间期间，与光发射器相互作用的较大可能性)。例如，在本发明中，典型的激发频率是450nm下的蓝光。为了产生白光，该结 构需要在450nm-800nm的宽频范围内发射辐射线。通过制备其中在垫子6内纳米纤维4 的平均直径与激发源(即450nm)大致相同的纳米纤维结构，通过光散射(即，激发源的OPL长)，激发频率可有效地捕获在纳米纤维结构内。这将增加激发源引发荧光并产生白光的可能性。相反，通过发光化合物的荧光产生的较长波长的发射被纤维垫内的纳米 纤维不那么有效地散射，且更加可能从纤维垫结构中射出且散射最小。在这些条件下， 光散射/光子性能作为波长和纤维直径的函数得到改进。除了纳米纤维的光散射效果以外，尺寸数量级为150nm或庚大的表面孔隙还将 在不同程度上散射光，这取决于波长。可使用如上所述的高和低介电常数的溶剂的溶剂 混合物，在静电纺丝纳米纤维内制造这一表面孔隙。可使用van der Hulst在Light Scatter by SmallParticles (Dover, 1957)中禾口 Bohren 与 Huffman 在 Absorption andScattering of Light by Small Particles (Wiley, 1983)中所述的方法，容易地计算在纳米纤维上这些孔隙的散 射效率。例如，完全包埋在聚(甲基丙烯酸甲酯)内的直径为150nm的孔隙的散射效率 在400nm下为0.334，但在750nm下为仅仅0.062。由于孔度可以小于纤维直径，因此 多个孔隙可布置在每一纤维上，如图2所示，以便在不同波长之间提供甚至更大的光散 射差。这一效应反映(mirror)以上所述的纳米纤维并产生协同效应，其中与较低波长相 比，较短波长被多孔纳米纤维有效得多地散射。在以下的讨论中，这一波长依赖的光散 射效率差异(这是由于包埋孔隙和纳米纤维二者所致)被统称为纳米纤维的性能。多孔 纳米纤维的这一性能在例如以下所述的照明中可以是有利的。在本发明的一个实施方案中，纤维垫6包括许多纳米纤维层(如图8C所示)。 这些层中的纳米纤维2单独地起到入射激发光的散射中心的作用。典型地，纳米纤维的 平均直径大致等于激发源波长(即200-500nm)。此外，在纤维内的层数可以典型地形成 厚度范围为0.1-2000微米的纤维垫6，但较薄的数值，例如0.01微米和较厚的数值，例如 3000微米是合适的。较薄的层不可能“捕获”入射的激发光，和较厚的层可决不是散射 来自量子点的诱导光。在本发明的一个实施方案中，可刺激的颗粒4可施加到糙化的静电纺丝的纤维2 上，当该纤维聚结成所得纤维垫6时。此处，在静电纺丝工艺过程中，可刺激颗粒4被 固定到静电纺丝纤维上。在这一实施方案中，可刺激颗粒4位于纳米纤维表面处或其附 近。该方法类似于以上所述的在控制条件下静电喷涂纳米纤维的一般技术。在静电纺 丝纤维干燥之前，可刺激颗粒4被固定到静电纺丝纤维的表面上。可通过静电喷涂电子 束，引入可刺激颗粒4，所述电子束被导引到从静电喷涂尖端除去静电纺丝聚合物溶液的 位置上。可在这一实施方案中，通过分开纳米纤维的形成和可光刺激颗粒的固定步骤， 实现可刺激颗粒4的低聚集。这可通过引入例如可刺激颗粒4 (例如，静电喷涂溶液)到 射出的纳米纤维在其内干燥的区域中来实现。在静电喷涂引入技术中，通过静电干扰含 量子点的溶剂液滴(例如，甲苯)，生成可刺激颗粒悬浮液的亚微米液滴。静电喷涂的液 滴高度荷电且没有聚集，这是因为在其流动到可携带相反电荷的聚合物纳米纤维6的表 面上的过程中类似电荷相排斥。由于在从针中射出的过程中干燥纳米纤维，因此静电喷涂的位置控制可刺激颗 粒4渗透到纳米纤维2内部。例如，若静电喷涂束紧密地移动到静电喷涂尖端，则纳米 纤维可能会软化，这是因为它们将含有更多的溶剂和可刺激颗粒4将更深地包埋在纤维 内部。或者，若静电喷涂束远离静电喷涂尖端移动且接近于收集器，则纳米纤维将更加干燥和可刺激颗粒被限制在表面上。其他参数，例如分散可刺激颗粒所使用的溶剂也可 影响静电喷涂的量子点的渗透深度。与引入可刺激颗粒4到纳米纤维2内的施加技术无关，为了验证在本发明的光可 刺激结构内近似尺寸的纤维的影响(即筛分(sized)成直径接近于激发频波长的纤维)， 制备具有平均直径为450nm的纳米纤维的纤维垫和不含纳米纤维的聚合物膜。这两种材 料具有相等量的量子点(即发光化合物)。图9是来自两个样品的所得光谱图。此处，比较在不具有特意的孔隙度的量子 点渗滤的纳米纤维结构和固定到表面薄膜上的量子点之间进行。当量子点分散在纳米纤 维内时，与聚合物膜样品相比，荧光发射的强度增加大致1个数量级，与聚合物膜样品 的曲线“b”相反，这通过在曲线a所示的相应的光谱内540nm峰的光发射强度显示。 认为这一性能改进是由于由纳米纤维基体和固体膜之间的结构差别衍生的纳米纤维材料 的扩散光散射性质所致，正如以上的说明。也就是说，本发明的纳米纤维垫允许较高能 量的光(例如，蓝光或UV激发)比较低能量的光(例如红光)更加有效地散射，所述较 低能量的光将产生较长的光学路径长度(OPL)通过高能光用材料。由于OPL较高，因 此高能光更加可能在纳米纤维结构内反射，从而增加下述可能性它可被量子点捕获， 由含量子点的介质产生较高强度的光发射。可能的情形是，在固体膜内，聚集没有降低 强度，因为在固体膜的光谱内很少观察到红移(即曲线“b”)。而且，使用透射电镜 (TEM)和UV-可见光光谱，发现量子点均勻地分散在纤维垫当中，而与尺寸无关。
甚至在低浓度下，聚集可能是发光量子点器件的问题，因为小的颗粒常常经历 静电吸引。然而，本发明利用高表面积的纳米纤维来降低颗粒聚集，这可能是因为高表 面积的纳米纤维能容纳大量纳米颗粒。而且，表面孔隙度或表面粗糙度提供在这一发光 器件应用内量子点和更一般地在其他应用中纳米颗粒在没有聚集的情况下可在其内驻留 的位置。在发光器件的一个实施方案中，聚集是非所需的，因为它导致在所得纤维内发 光化合物的分散不均勻。聚集可改变所得光发射的颜色均勻度。另外，聚集还通过引起 发射频率的红移和因猝灭导致的发射强度的下降，劣化发光化合物的光学性能。可通过控制许多参数，例如改变溶剂体系中的有机相，改变纳米颗粒形成时的 温度，改变形成纳米颗粒所使用的反应物浓度，添加保护壳层，改变覆盖分子化学，添 加表面活性剂，控制纳米颗粒由其形成的材料的凝结，在颗粒成核过程中施加电场或磁 场，在形成纳米颗粒的过程中施加声能等，控制纳米颗粒的尺寸分布。壳典型地为金属或宽带隙的无机材料，可将其置于纳米颗粒(即量子点)周围， 化学稳定纳米颗粒。由表面活性剂或其他有机配体组成的配位球或表面覆盖层可包括在 壳周围并固定到壳外部，以促进溶解和防止聚集。当在干燥状态下产生或使用纳米颗粒 时，这一配体可辅助防止纳米颗粒聚集。或者，可在颗粒成核之后，使用分离方法，例 如电泳分离，实现所需的颗粒分布。在如上所述的本发明的一个实施方案中，在静电纺丝之后，可光刺激的颗粒， 例如量子点可施加到纤维垫上。图10中阐述了这一实施方案。根据本发明的这一实施 方案，在800内通过静电纺丝方法，例如以上所述的技术，形成纤维垫。在810处，提 供含可刺激颗粒4的溶液。在820处，将纳米纤维垫6浸渍在溶液内。选择溶液，以便纤维垫没有溶解，但轻微地溶胀离开纤维垫6的聚合物。在包埋工艺过程中，聚合物纳米纤维可因溶剂导致溶胀。纤维在网络内的这一 膨胀还将膨胀纤维之间的空间，从而打开网络空间，允许颗粒在其间移动。颗粒可因布 朗运动，移动到纤维表面上。可将颗粒分配在纳米纤维垫的表面孔隙内，当表面孔隙包 括在纤维垫6内时。纤维垫6可浸渍在溶液内1分钟-72小时的时间段，且可用溶剂漂 洗0-60秒，以确保除去任何松散固定的表面颗粒。然后可将纤维垫6置于载体上，并在 使用之前，允许在室温下完全干燥。此外，可使用以上所述的纳米颗粒和量子点溶液和 以上所述的工序，在多孔纳米纤维内捕获纳米颗粒和量子点。报道了使用通过旋涂聚合物/量子点复合溶液制备的量子点组成的本体聚合物 的研究。还报道了使用通过静电纺丝聚合物/量子点复合溶液制造的聚合物/量子点复 合纳米纤维的研究，其中纳米纤维结构的高表面积还用于生产量子约束效应。然而，通 过这两种方法制备的复合材料具有复合材料内量子点的聚 集问题。聚集导致所得材料降 低的量子效率。在纳米纤维生产之后，通过吸附单独的颗粒到聚合物材料的表面和亚表面上， 本发明的QDE和NPE技术可产生聚合物/量子点或纳米颗粒复合材料。此外，以上证 明的糙化和多孔的表面也可有助于急剧降低复合形式的量子点聚集，从而导致所得材料 高的量子效率。以下给出了使用QDE技术制造的一个实例。发光聚合物QDE实例聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。量子点在己烷内的 CdSe/ZnS量子点。首先使用以上所述的制造工序中列举的装置和条件，静电纺丝PMMA 纳米纤维膜。在对于QDE工艺来说，环境条件下保留静电纺丝结构以供溶剂完全蒸发24 小时，接着浸渍在CdSe/ZnS量子点/己烷溶液内1_60分钟的时间段。在该工艺最后， 从溶液中取出膜，并保留在环境条件下干燥30分钟，之后光学表征。在一个实施方案中，QDE制造的膜结构表明量子效率比掺杂聚合物/量子点复 合纳米纤维高3.5倍。掺杂是指量子点/聚合物混合物溶液。在掺杂纳米纤维中是指由 聚合物和量子点的混合物静电纺丝的纳米纤维。结果，量子点通常驻留在聚合物纳米纤 维内部。本发明的QDE制造的膜结构3.5倍高的量子效率差可能是数个因素导致的，其 中包括a)通过在掺杂纤维内所使用的溶剂猝灭QD; b)通过用于掺杂纤维的静电纺丝 工艺，损坏QD配位球，c)与QDE纤维相比，掺杂纤维倾向于通过纳米纤维材料，具有 高的光吸收。最后，形成发光材料的QDE/纳米纤维结构可包括在封装剂，例如环氧基体 内。图11是描绘根据本发明的一个实施方案的结构的示意图，其中发光二极管(LED)通 过封装剂耦合光到含发光或光可刺激颗粒的纤维上。更具体地，图12示出了通过具有一 定量子点分布(未示出)的纳米纤维材料2，4，发射UV或蓝光的LED50。通过LED50 发射的UV或蓝光构成纳米纤维材料2，4的入射光。可刺激颗粒4(例如，自留地)吸 收入射光，和取决于其性能，发射白光。纤维垫材料2，4被包封在例如环氧包封剂52 内。环氧树脂52可或者完全或者部分包封LED50和纤维垫材料2，4 二者。纤维垫材 料2，4可包括尺寸从约1.5nm变化到IOnm的量子点，在所需的可见光光谱部分上产生 光发射。控制各种量子点的浓度(和/或尺寸分布)，在本发明的一个实施方案中，提供 与太阳能发射类似的高质量的白光。
在其他实例中，可针对其他非白光应用，选择较高浓度的红光发射器而不是蓝 光发射器。因此，本发明允许通过分别放置合适的量子点光发射器在发光结构各自的 区域内，制造单色和彩色特征的发光结构。可切割各种发射颜色(即，白色、红色、蓝 色、绿色或彩色的结合)的预制纤维垫，并置于各自的区域内，以便例如通过纤维光缆 耦合的普通光源由各自的区域产生不同的光。根据本发明的另一实施方案，在用环氧树脂封装之前，垫子可直接置于LED50 的表面上。这一放置可降低因环氧树脂内UV吸收导致的能量损失。对于最大的吸收效 果来说，可刺激的颗粒4，例如量子点可浓缩在LED附近。此外，作为粘结纳米纤维垫 到LED上的一部分，在纤维内的间隙可用低折射指数的聚合物，例如硅酮填充，以优化 捕获UV光所要求的散射效果。图11是描绘根据本发明的一个实施方案的结构的示意图，其中发光二极管 (LED) 50通过在其内包含的含有可刺激颗粒4的纤维2的封装剂52耦合光。在这一实施 方案中，如图11所示，细分(例如短切)含可刺激颗粒4的纳米纤维垫，并以填料形式 添加到含有封装剂52，例如在LED中典型地使用的封装剂中。替代的方法是通过剪切环 氧树脂，分散纤维。由于可使纳米纤维小到不干扰可见光透过透明的环氧树脂，因此环 氧树脂的光学性能应当未受影响。与传统技术相比，本发明的各种实施方案的一些优点包括1)可通过掺入纳米 颗粒分布到可光刺激的装置内，产生具有宽谱发射的发光材料，2)与在磷光体中目前使 用的流延或电泳方法相比，产生这一结构要求较少的溶剂，3)通过选择纳米颗粒(即， 颗粒密度、尺寸、组成等)和纳米纤维的几何形状(即，长度、直径、孔隙度等)，提供 发光材料的发射、透射和散射性能的单独控制，4)提供光致发光转化器有效的操作，这 是由于表面积较高和纤维几何形状的控制导致的；和5)与替代方法相比，在最终的装置 内提供更加方便的方法处理和加工纳米颗粒。4.0催化纳米结构目前，钼是燃料电池体系中比较常用的催化剂金属之一。尽管它具有高的催化 活性，但这一贵金属的成本是在运输需求中，其商业化的主要负担之一。如何设计具有 高表面积性能的载体材料，因此，高耐久性(它可使得Pt催化剂的使用更加有效)成为 待解决的重要问题。许多努力集中在使用高表面积的碳材料(例如，碳黑)作为PEMFC中的催化 剂载体。存在与碳负载体系有关的两个主要的问题。一个问题是聚集问题。尽管具有 I-IOOnm的单独的粒度范围，但这一催化剂载体体系通常遭受颗粒内部的相互作用导致 的粒度范围为数百纳米到微米的颗粒聚集的缺点，并导致在加热过程中，总表面积显著 下降。另一问题是在加热之后烧结催化剂颗粒，从而导致催化活性和这些颗粒的纳米性 能劣化。在本发明的这一实施方案中，人们利用多孔聚合物纳米纤维(其直径为 50-500nm)作为起始的催化剂载体模板，接着碳化聚合物纤维和催化剂活化。可使用原 样制备的这种聚合物纳米纤维材料且不具有聚集问题，从而显著增加催化剂负载位点的 总面积并最小化加热过程中颗粒的聚集。以下是实施例
有机催 化剂实例使用聚合物聚(丙烯腈)(PAN)和尺寸大小为2-lOnm的金属 催化剂Pt或合金纳米颗粒。首先通过从PAN溶液中静电纺丝，获得PAN纳米纤维膜。 然后将所得膜置于Pt或合金纳米颗粒溶液内2小时QDE工艺，从QDE溶液中取出材料 并保留在室温空气和环境条件下完全干燥2-4小时。然后将干燥膜移动到可程序控制的 管状炉内以供煅烧。煅烧牵涉数个步骤，其中包括在一系列的空气、氢气和压力中，在 250-1100°C的温度范围内加热复合膜总计20小时的实验持续时间。图13示出了所得复 合碳纳米纤维。图13具体地示出了 PAN/Au碳纳米纤维的SEM图象(A和B)和EDX 形貌图象(C)，其中在(C)中的白点表示Au纳米颗粒在碳纳米纤维上的位置。在本发明的另一实施方案中，同样可使用QDE或NPE技术，制备无机纳米纤维 结构。在这一情况下，可在各种实施方案中使用或者有机纳米纤维或者溶胶-凝胶共混 物纳米纤维。这些材料由于其有机聚合物含量导致可在QDE或NPE技术中使用，且可 用纳米颗粒表面包埋。然后可煅烧该产物，得到具有金属纳米颗粒的无机纳米纤维。以 下是实例无机催化剂实例包括聚合物聚(乙烯醇)(PVA)和无机添加剂磷酸钙，和催 化剂纳米颗粒Pt或金属合金纳米颗粒。首先将PVA和磷酸钙混合物静电纺丝成纳米纤维 膜并在室温下干燥至少8小时。然后将干燥的纳米纤维膜置于Pt纳米颗粒QDE溶液内1 小时。在室温下干燥Pt纳米颗粒负载的PVA/磷酸钙纳米纤维膜8小时，允许完全除去 溶剂。然后将干燥的膜移动到可程序控制的管状炉内以供煅烧。煅烧牵涉数个步骤，其 中包括在一系列的空气、氢气和压力中，在250-1100°C的温度范围内加热复合膜总计20 小时的实验持续时间。可用于这一目的的聚合物包括，但不限于，聚(丙烯腈)(对于碳基底来说)，聚 (乙烯醇)，聚(环氧乙烷)，聚(丙烯酰胺)，羧甲基纤维素，聚(乙烯吡咯烷酮)。可用于这一目的的无机添加剂包括，但不限于，原硅酸四乙酯，异丙醇钛，磷 酸钙，钛酸锌，氧化钨。催化剂纳米颗粒的实例包括，但不限于，贵金属，例如Au、Pt、Pd和二元与三 元合金纳米颗粒，例如PtAu、PdAu、PtRu、PtFe> PtVFe0鉴于上述教导，本发明的许多改性和变化是可能的。因此要理解，在所附权利 要求的保护范围内，可在此处具体地描述的以外实践本发明。
权利要求
1.形成多孔纳米纤维结构的方法，该方法包括供应含第一溶剂和第二溶剂的聚合物溶液到静电纺丝元件上，其中第二溶剂具有比 第一溶剂高的介电常数；和由所述聚合物溶液静电纺丝纳米纤维，形成所述多孔纳米纤维结构。
2.权利要求1的方法，进一步包括 将纳米材料物质包含在纳米纤维内。
3.权利要求2的方法，进一步包括对于纳米材料物质来说，包括发光纳米颗粒。
4.权利要求2的方法，进一步包括，对于纳米材料物质来说，包括催化纳米颗粒。-4.权利要求1的方法，其中供应包括在聚合物溶液内为第二溶剂供应介电常数范围大于50的电介质。
5.权利要求4的方法，其中供应包括在聚合物溶液内为第二溶剂供应介电常数范围为50-189的电介质。
6.权利要求1的方法，其中供应包括在聚合物溶液内供应重量百分数大于lwt%的第二溶剂。
7.权利要求6的方法，其中供应包括在聚合物溶液内供应重量百分数范围为l_20wt%的第二溶剂。
8.权利要求1的方法，其中供应包括供应甲苯、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、二甲基乙酰胺和丙酮中的至少一种作 为第一溶剂；和供应N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N-乙基乙酰胺、N-丙基 丙酰胺、Form甲基丙烯酰胺、N-丁基乙酰胺和N-乙基甲酰胺中的至少一种作为第二溶 剂。
9.权利要求8的方法，其中静电纺丝包括生产与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相比，表面积的增加大于100%的所述纳 米纤维。
10.权利要求8的方法，其中静电纺丝包括生产与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相比，表面积的增加大于200%的所述纳 米纤维。
11.形成多孔纳米纤维结构的方法，该方法包括供应含第一组分和第二组分的聚合物熔体到静电纺丝元件中；由所述聚合物熔体静电纺丝纳米纤维，和蚀刻第一和第二组分的至少一种，形成所述多孔纳米纤维结构。
12.权利要求11的方法，进一步包括 将纳米材料物质包含到所述纳米纤维中。
13.权利要求12的方法，进一步包括 对于纳米材料物质来说，包括发光纳米颗粒。
14.权利要求12的方法，进一步包括 对于纳米材料物质来说，包括催化纳米颗粒。
15.权利要求11的方法，其中供应包括对于聚合物熔体来说，供应如下物质中的至少一种丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，乙烯 乙烯醇，氟聚合物，聚缩醛，聚丙烯腈，聚丙烯酸酯类，聚酰胺，聚酰胺-酰亚胺，聚 芳基醚酮，聚丁二烯，聚丁烯，聚碳酸酯，聚酮，聚酯，聚醚醚酮，聚醚酰亚胺，聚醚 砜，聚醚砜，聚乙烯，聚乙烯氯化物，聚酰亚胺，聚甲基戊烯，聚苯醚，聚苯硫醚，聚 邻苯二甲酰胺，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚氯乙烯，和聚偏氯乙烯。
16.权利要求11的方法，其中静电纺丝包括生产与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相比，表面积的增加大于100%的所述纳 米纤维。
17.权利要求11的方法，其中静电纺丝包括生产与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相比，表面积的增加大于200%的所述纳 米纤维。
18.处理纳米材料的方法，该方法包括将含多孔纳米纤维或无孔纳米纤维中至少一种的纳米纤维垫嵌入到含纳米材料的流 体内；和在纳米纤维垫内捕获纳米材料。
19.权利要求18的方法，其中嵌入包括对于纳米纤维垫来说，利用其中流体包括该材料的溶剂的材料。
20.权利要求18的方法，进一步包括 煅烧纳米纤维垫，使捕获的纳米材料成团。
21.权利要求18的方法，其中捕获包括 将纳米材料扩散到纳米纤维垫内。
22.权利要求18的方法，其中捕获包括 通过与流体反应，使纳米纤维垫溶胀。
23.权利要求18的方法，其中溶胀包括 在纳米纤维垫的溶剂内溶胀纳米纤维垫。
24.权利要求18的方法，其中捕获包括 使流体过滤通过纳米纤维垫。
25.权利要求18的方法，其中捕获包括 在纳米纤维垫内捕获纳米颗粒。
26.权利要求18的方法，进一步包括通过将含纳米材料的纳米纤维垫嵌入到纳米纤维垫用的溶剂内，从纳米纤维垫中释 放纳米材料。
27.权利要求18的方法，其中嵌入纳米纤维垫包括嵌入纳米纤维垫，所述纳米纤维垫包括与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相 比，表面积的增加大于100%的纳米纤维。
28.权利要求18的方法，其中嵌入纳米纤维垫包括嵌入纳米纤维垫，所述纳米纤维垫包括与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维相 比，表面积的增加大于200%的纳米纤维。
29.处理和运输纳米材料的方法，该方法包括在含多孔纳米纤维或无孔纳米纤维中至少一种的纳米纤维垫内储存纳米材料；和 将含纳米材料的纳米纤维垫从第一位置移动到第二位置。
30.权利要求29的方法，其中储存包括 在纳米纤维垫内捕获纳米材料。
31.权利要求29的方法，进一步包括通过将含纳米材料的纳米纤维垫嵌入到纳米纤维垫的溶剂内，从纳米纤维垫中释放 纳米材料。
32.权利要求29的方法，其中储存包括储存在纳米纤维垫中，所述纳米纤维垫包括与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维 相比，表面积的增加大于100%的纳米纤维。
33.权利要求29的方法，其中储存包括储存在纳米纤维垫中，所述纳米纤维垫包括与不具有孔隙度的直径相当的纳米纤维 相比，表面积的增加大于200%的纳米纤维。
34.权利要求29的方法，其中移动包括将纳米材料从第一位置移动到第二位置，且在纳米纤维垫内没有包括溶剂。
35.—种纳米纤维垫，它包括形成为纳米纤维网络的多根纳米纤维；至少一根在具有表面孔隙的网络内的纳米纤维，所述表面孔隙将增加纳米纤维网络 的表面积；和捕获在纳米纤维网络内的纳米材料物质。
36.权利要求35的垫子，其中纳米材料物质包括发光纳米颗粒。
37.权利要求35的垫子，其中纳米材料物质包括催化的纳米颗粒。
38.权利要求35的垫子，其中多根纳米纤维包括多根煅烧的纳米纤维。
39.权利要求35的垫子，其中多根纳米纤维包括有机聚合物。
40.权利要求35的垫子，其中多根纳米纤维包括无机聚合物。
41.可刺激的光发射装置，它包括 包括下述的纤维垫平均纤维直径范围为100-2000nm且在至少一根纳米纤维上具有增加至少一根纳米纤 维表面积的表面孔隙的纳米纤维；和与纳米纤维相关地布置和构造的多个可光刺激颗粒，以便在波长λ处，接收基色光 时产生辅助的光发射；和所述平均纤维直径与波长λ的大小相当，以便在用于基色光的纤维垫内提供散射位点ο
42.权利要求41的装置，其中平均纤维直径范围为300-600nm。
43.权利要求42的装置，其中平均纤维直径范围为400-500nm。
44.权利要求41的装置，其中平均纤维直径范围是波长λ的0.50-1.50倍。
45.权利要求44的装置，其中平均纤维直径范围是波长λ的0.9-1.10倍。
46.权利要求41的装置，其中波长λ的范围为300-600nm。
47.权利要求46的装置，其中波长λ的范围为400-500nm。
48.权利要求41的装置，其中纤维垫的厚度范围为0.01微米-2000微米。
49.权利要求1的装置，其中纤维垫的厚度范围为1-500微米。
50.权利要求1的装置，其中可刺激的颗粒包括发光颗粒。
51.权利要求10的装置，其中发光颗粒包括量子点和纳米磷光体中的至少一种。
52.权利要求51的装置，其中量子点包括硅、锗、磷化铟、磷化镓铟、磷化铟、硫化 镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化锆、氧化锌、 硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛和氧化锡中的至少一种。
53.权利要求51的装置，其中纳米磷光体包括下列物质中的至少一种稀土掺杂 的金属氧化物，其中包括￥20311 ，Y203:Eu3+, Lu203:Eu3+, CaTi03:Pr3+，CaO:Er3+和 (GdZn)0:Eu3+；稀土掺杂的钇铝石榴石(YAG)，其中包括YAG:Ce3+；稀土掺杂的氧化 锆，包括Zr02:Sm3+和Zr02:Er3+;稀土掺杂的钒酸盐和磷酸盐，其中包括(YV04:Eu)和 (La，Ce，Tb)PO4 ；具有寄主(host)基体，其中包括一种 Gd2O3，GdO2S, PbO, ZnO, ZnS和ZnSe且包括Eu，Tb，Tm和Mn掺杂剂之一的掺杂材料；和硫化锌和硒化锌的金 属掺杂形式，其中包括ZnS:Mn2+和ZnS:Cu+。
54.权利要求51的装置，其中纳米磷光体包括稀土掺杂的YAG，稀土掺杂的ZnS和 稀土掺杂的ZnSe中的至少一种。
55.权利要求41的装置，其中可刺激的颗粒包括为由基色光产生各种二次光发射而构 造的多个色彩特征的光发射器。
56.权利要求55的装置，其中从纤维垫中透射的基色光，和来自纤维垫的二次光发射 产生显色指数大于70的所得白光。
57.权利要求55的装置，其中从纤维垫中透射的基色光，和来自纤维垫的二次光发射 产生显色指数大于80的所得白光。
58.权利要求55的装置，其中来自纤维垫的二次光发射产生显色指数大于70的所得 白光。
59.权利要求55的装置，其中来自纤维垫的二次光发射产生显色指数大于80的所得 白光。
60.权利要求41的装置，其中可刺激颗粒布置在纳米纤维的表面上或者纳米纤维的体 积内部或者表面孔隙内部。
61.权利要求41的装置，其中可刺激颗粒被夹带在纤维垫内。
62.权利要求41的装置，进一步包括包封纤维垫的透明封装剂。
63.权利要求41的装置，进一步包括为产生基色光而构造的发光二极管。
64.权利要求63的装置，进一步包括包封发光二极管和纤维垫的透明封装剂。
65.权利要求41的装置，其中纳米纤维包括有机纤维和无机纤维中的至少一种。
66.权利要求41的装置，其中纳米纤维包括含下述物质中的至少一种聚合物聚(丙 烯酸烷酯)，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(环氧乙烷)，聚苯乙烯，聚砜，聚交酯类，聚碳酸酯，聚酰胺，聚(乙烯醇)，其衍生物和相关聚合物，聚硅酮类，聚砜类及其结合物。
67.权利要求41的装置，其中纳米纤维包括添加剂，以改变纤维垫内纳米纤维的折射 指数和导电率中的至少一种。
68.权利要求41的装置，其中纳米纤维包括两组纤维。
69.权利要求28的装置，其中这两组包括具有不同材料的纤维。
70.权利要求28的装置，其中这两组包括具有不同平均纤维直径的纤维。
71.灯，包括 基色光源；包括下述的纤维垫平均纤维直径范围为100-2000nm且在至少一根纳米纤维上具有增加至少一根纳米纤 维表面积的表面孔隙的纳米纤维；和与纳米纤维和表面孔隙相关地布置和构造的多个可光刺激颗粒，以便在波长λ处， 从基色光源接收光时产生辅助的光发射；和所述平均纤维直径与波长λ的大小相当，以便在用于基色光的纤维垫内提供散射位点ο
72.权利要求71的灯，其中平均纤维直径范围为400nm_500nm。
73.权利要求71的灯，其中构造发光二极管，发射范围为400-500nm的所述波长λ。
74.权利要求71的灯，其中纤维垫的厚度范围为1-500微米。
75.权利要求71的灯，其中可刺激颗粒包括量子点和纳米磷光体中的至少一个。
76.权利要求71的灯，其中可刺激颗粒包括为了由基色光产生各种二次光发射而构造 的多个色彩特征的光发射器。
77.权利要求71的灯，进一步包括 包封基色光源和纤维垫的透明封装剂。
78.权利要求71的灯，其中基色光源包括发光二极管、发光二极管阵列、激光器和激 光二极管阵列中的至少一种。
79.制备发光纤维垫的方法，该方法包括静电纺丝聚合物溶液，形成1)直径为100-2000nm和2)具有表面孔隙的纳米纤维， 以增加纳米纤维的表面积；收集纳米纤维，形成纤维垫；和 用可刺激颗粒涂布纤维垫。
80.权利要求79的方法，其中涂布包括 在含可刺激颗粒的溶剂内浸渍纤维垫。
81.权利要求79的方法，进一步包括 提供含可刺激颗粒的溶剂的超声溶液。
82.权利要求79的方法，进一步包括 从该溶液中取出纤维垫；和干燥纤维垫中的溶剂。
83.权利要求79的方法，进一步包括给纤维垫提供表面涂层。
84.权利要求79的方法，其中含可刺激颗粒的溶剂使纤维垫溶胀且没有溶解纤维垫。
85.权利要求84的方法，其中纳米纤维的溶胀导致可刺激颗粒较大地渗透到纳米纤维 内部并导致可刺激颗粒驻留在纤维垫表面以下。
86.制备纤维垫的方法，该方法包括静电纺丝聚合物溶液，形成1)直径为50-2000nm和2)具有表面孔隙的纳米纤维， 以增加纳米纤维的表面积；收集纳米纤维，形成纤维垫；和 用纳米颗粒涂布纤维垫。
87.权利要求86的方法，其中涂布包括 在含纳米颗粒的溶剂内浸渍纤维垫。
88.权利要求86的方法，进一步包括 提供含纳米颗粒的溶剂的超声溶液。
89.权利要求86的方法，进一步包括 从该溶液中取出纤维垫；和干燥纤维垫中的溶剂。
90.权利要求86的方法，进一步包括 给纤维垫提供表面涂层。
91.权利要求90的方法，其中含颗粒的溶剂使纤维垫溶胀且没有溶解纤维垫。
92.权利要求91的方法，其中使纳米纤维溶胀导致颗粒较大地渗透到纳米纤维内部并 导致颗粒驻留在纤维垫表面以下。
93.权利要求86的方法，进一步包括为了将纳米纤维煅烧成碳纤维，加热纤维垫内的纳米纤维。
94.权利要求86的方法，进一步包括为了将纳米颗粒煅烧成金属催化剂，加热纤维垫内的纳米颗粒。
95.—种纳米材料载体，它包括形成为纳米纤维网络的多根纳米纤维；和捕获在纳米纤维网络内的纳米材料物质，所述网络提供在运输过程中含有纳米材料 物质的载体。
96.权利要求95的载体，其中所述多根纳米纤维包括干燥材料。
97.权利要求95的载体，其中在网络内的至少一根纳米纤维具有增加纳米纤维网络的 表面积的表面孔隙。
98.一种纳米材料废物回收介质，包括 形成为纳米纤维网络的多根纳米纤维；和捕获在纳米纤维网络内的纳米材料物质，所述网络提供含有纳米材料物质的载体以 供随后从网络中回收纳米材料物质。
99.权利要求98的介质，其中纳米材料物质包括从溶液中回收的量子点溶液。
100.权利要求98的介质，其中在网络内的至少一根纳米纤维具有增加纳米纤维网络 的表面积的表面孔隙。
101.权利要求98的载体，其中多根纳米纤维包括液体过滤器。
102.纳米材料废物处置介质，它包括形成为纳米纤维网络的多根纳米纤维；和捕获在纳米纤维网络内的纳米材料物质，所述网络提供含有纳米材料物质的载体以 供随后从网络中处置纳米材料物质。
103.权利要求102的介质，其中纳米材料物质包括从溶液中回收的量子点溶液。
104.权利要求102的载体，其中在网络内的至少一根纳米纤维具有增加纳米纤维网络 表面积的表面孔隙。
105.权利要求102的载体，其中多根纳米纤维包括介质，其中利用所述介质，加热将 转化纳米材料的尺寸颗粒成微米或较大的小片。
106.权利要求102的载体，其中多根纳米纤维包括介质，其中利用所述介质，加热将 转化纳米纤维成碳材料。
全文摘要
生产兼有光滑和多孔表面特征的纳米纤维的纤维膜的方法。该方法包括使用聚合物与溶剂的混合物和具有添加剂的熔体聚合物加工材料。该方法包括在形成纤维结构之后，将纳米材料掺入到纤维结构上。纤维结构可以是一部分的纳米颗粒载体材料，纳米颗粒的处置介质，照明介质和催化介质。
文档编号G01R27/08GK102027384SQ200980117271
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者A·L·安德拉迪, J·L·戴维斯, 韩利 申请人:研究三角协会