一种基于静电纺丝法制作PVA/染料柔性随机激光器的方法

：本发明属于激光，涉及一种制作pva/染料柔性随机激光的工艺，尤其是一种基于静电纺丝法制作pva/染料柔性随机激光器的方法。

背景技术

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背景技术：

1、随机激光是光在无序介质中受到多重散射反馈放大形成的一种受激辐射现象，辐射的模式与无序介质的光学性质、散射体及空间分布情况相关。随着人们对随机激光不断深入的研究，在寻找新材料、降低阈值以及对出射激光的调控这三大领域中取得了一系列进展，对随机激光的发光原理和性质控制有了较深入的认识。但目前产生随机激光的材料多为有机和贵金属体系，且较多具有毒性，生物相容性较差，导致随机激光在生物、医学等领域的应用存在瓶颈，发展具有良好生物相容性的材料、实现对随机激光的调控是目前需要解决的问题。

2、聚乙烯醇(pva)分为医药级别和化工级别，医药级别的聚乙烯醇是一种极安全的高分子材料，对人体无毒、具有良好的生物相容性，在医疗中有广泛的应用，不同形态的pva已经应用于多种生物医疗场景，如聚乙烯醇水性凝胶在眼科、伤口敷料和人工关节方面的有广泛应用，薄膜在药用膜、人工肾膜等方面也有使用。pva其安全性可以从用于伤口皮肤修复和滴眼液产品等可见一斑，部分型号pva也常被用在化妆品中的面膜、洁面膏、化妆水及乳液中，是一种常用的安全性成膜剂。

3、作为一种优质蛋白质，卵清蛋白占蛋清蛋白总量约54％，是典型的球蛋白，分子量为44.5kda，属含磷糖蛋白，它含有四个自由巯基、385个氨基酸残基，氨基酸残基相互缠绕折叠形成具有高度二级结构的球型结构，大部分为α-螺旋和β-折叠。卵清蛋白中心有1个二硫键和4个巯基，在加热时通过分子间相互作用使卵清蛋白胶体结构变得更稳定。

4、在随机激光的研究中，基于金属纳米颗粒的表面等离子体共振增强是一种常用的方式。表面等离子体共振实质上是光子与金属的自由电子相互作用时，两者产生共振形成的一种集体震荡的状态，可以产生很强的局域电场，对降低激光阈值发挥重要作用。随机激光器常用石英等材料为基底，利用含有增益介质和散射体的溶液旋涂成膜；也有研究人员将微结构嵌入光纤中制作成功了各种类型的光线随机激光器，以减少激光器的尺寸、提高发光效率、扩大使用潜力。然而，这些方法难以精确控制膜层厚度与质量，也无法实现特定微区构建特殊结构，而且由于尺寸、柔性等形态的限制，导致随机激光较难与其他光电子器件集成，一定程度上限制了随机激光的应用。因此，随机激光器的设计思路和技术路径仍然有待进一步提升，降低阈值、减小尺寸、定量控制激光参数需要进一步研究。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，针对现有技术中存在的问题，提供一种全新便捷的基于静电纺丝法制作pva/染料柔性随机激光器的方法，采用pva、卵清蛋白、罗丹明染料与au纳米粒子的混合液，通过控制静电纺丝技术过程中的电压、喷射距离、针尖尺寸控制纺丝结构的样品尺寸形貌，进而调节激光出射的波长、模式等参数，通过au纳米粒子作为散射体增强染料荧光效应，降低激射阈值，获得高效可控的随机激光。

2、为了实现上述目的，本发明基于静电纺丝技术制作基于pva/染料柔性随机激光器的具体过程为：先将纺丝溶液装入静电纺丝装置的注射器中并自由流入针尖尖端，再将铝箔纸固定在接收装置上，并通过控制升降装置和平移装置分别实现竖直方向(z方向)的移动和水平方向(x-y平面)的移动，从而控制注射器1的针尖和接收装置之间的距离，实现纺丝溶液的喷射，并在注射器的针尖和接收装置之间施加高电压，用于控制纺丝溶液形成纳米纤维结构，纺丝结束后将纳米纤维结构从铝箔纸上剥离，获得pva/染料柔性随机激光器。

3、本发明所述混合溶液为包含pva、au纳米粒子、卵清蛋白和有机染料罗丹明6g的水溶液，先将pva颗粒溶于去离子水，再与分散好的罗丹明6g、au纳米粒子和卵清蛋白的水溶液混合得到混合溶液，其中溶剂和溶质混合质量比根据实际需求进行调节，其中卵清蛋白用以增加生物相容性，卵清蛋白和pva的浓度比控制纺丝结构的特征，染料罗丹明6g作为增益介质获得荧光放大效应，au纳米粒子作为散射体实现荧光增强获得激光，au纳米粒子的添加使得随机激光系统中光子散射增强，激射阈值降低，发光效率提高。

4、本发明所述注射器采用纺丝专用注射针管，通过针尖直径的调节喷射出不同线宽的纤维结构，接收装置采用电极板，电极板和针尖之间施加高电压用于控制纤维的喷射流出；升降装置和平移装置用于控制基底(铝箔纸)的移动实现不同结构的纺丝喷射，整个静电纺丝所需设备置于普通室内环境，无需超净化房间。

5、本发明所述纺丝材料聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，pva)是一种水溶性聚合物，具有良好的力学性能和生物相容性以及高亲水性，pva和卵清蛋白的纺丝薄膜为具有一定的延展性，可以实现不同程度的弯曲，从而可以定性定量改变随机激光的发射特征。

6、本发明制备的pva/染料柔性随机激光器中所有组份材料均具有良好的水溶性，通过静电纺丝技术使混合材料整体喷射纺丝成膜，获得柔性随机激光器，通过改变薄膜厚度、密度、弯曲程度等调节随机激光的发射性质。

7、本发明基于静电纺丝法制作pva/染料柔性随机激光器，在激光器发光测试时需要利用脉冲激光进行泵浦激发，泵浦光的能量变化影响激光发射光的强度。

8、本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是通过静电纺丝的方式实现纳米纤维的制作，工序简单、方法灵活便捷；二是在静电纺丝过程中通过对纺丝的参数控制，可以自由改变喷射材料的尺寸、喷射的速度等，所有过程程式化、自动化，利于批量生产；三是通过高电压实现混合材料的静电纺丝，缺陷少、效率高，对环境的依赖程度小，对基底平整度要求低；四是所使用的各组分材料均为溶于水，整个纺丝过程和随机激光器的制作均为水系环境，无其他有机溶剂的使用，无毒性、高生物相容性；五是利用不同组分的pva、卵清蛋白和增益介质、散射介质整体喷射纺丝制成柔性随机激光器，生物相容性好，整体弯曲变形，通过弯曲、拉伸或其他薄膜参数控制，可以自由调节随机激光的出射模式、波长、阈值等性质，设计简单直观，方法灵活便捷，原理可靠，易于实现，所得柔性随机激光器易于与其他光子器件耦合，且容易实现激光性质的定量控制。

技术特征：

1.一种基于静电纺丝法制作pva/染料柔性随机激光器的方法，其特征在于，具体过程为：先将纺丝溶液装入静电纺丝装置的注射器中并自由流入针尖尖端，再将铝箔纸固定在接收装置上，并通过控制升降装置和平移装置分别实现竖直方向的移动和水平方向的移动，从而控制注射器1的针尖和接收装置之间的距离，实现纺丝溶液的喷射，并在注射器的针尖和接收装置之间施加高电压，用于控制纺丝溶液形成纳米纤维结构，纺丝结束后将纳米纤维结构从铝箔纸上剥离，获得pva/染料柔性随机激光器。

2.根据权利要求1所述静电纺丝制作pva/染料柔性随机激光器的方法，其特征在于，所述混合溶液为包含pva、au纳米粒子、卵清蛋白和有机染料罗丹明6g的水溶液，先将pva颗粒溶于去离子水，再与分散好的罗丹明6g、au纳米粒子和卵清蛋白的水溶液混合得到混合溶液，其中溶剂和溶质混合质量比根据实际需求进行调节。

3.根据权利要求2所述静电纺丝制作pva/染料柔性随机激光器的方法，其特征在于，所述注射器采用纺丝专用注射针管，通过调节针尖直径喷射出不同线宽的纤维结构，接收装置采用电极板。

技术总结
本发明属于激光技术领域，涉及一种基于静电纺丝法制作PVA/染料柔性随机激光器的方法，采用PVA、卵清蛋白、罗丹明染料与Au纳米粒子的混合液，通过控制静电纺丝技术过程中的电压、喷射距离、针尖尺寸控制纺丝结构的样品尺寸形貌，进而调节激光出射的波长、模式等参数，设计简单直观，方法灵活便捷，原理可靠，易于实现，所得柔性随机激光器易于与其他光子器件耦合，且容易实现激光性质的定量控制。

技术研发人员：吕浩,史冰融,王霞,张帅一,王茂榕
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15