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近年來，鹵化鉛鈣鈦礦在可穿戴光電子學(xué)領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用潛力，然而其實際應(yīng)用的障礙在于它們在光、水分和溫度應(yīng)力下的不穩(wěn)定性、有害的鉛離子泄漏以及大規(guī)模批高生產(chǎn)率下均勻發(fā)光紡織品的制造存在困難。

為了克服這些障礙，中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授團(tuán)隊聯(lián)合昆士蘭大學(xué)王連洲教授團(tuán)隊，通過簡易靜電紡絲技術(shù)制備了高通量、低成本、超穩(wěn)定的大面積(> 375 cm2)鈣鈦礦復(fù)合纖維編品(PLT)。該鈣鈦礦紡織品展現(xiàn)了明亮且窄帶光致發(fā)光(光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)49.7 %，F(xiàn)WHM <17 nm)，室溫條件下的T50發(fā)光時長可達(dá)14193小時，展示了優(yōu)異的水穩(wěn)定性(浸泡水時長> 3300 h)，耐強(qiáng)紫外線照射，高溫耐受性(高達(dá)250°C)和壓力激增(30MPa)。防水的鈣鈦礦紡織品經(jīng)受住了強(qiáng)烈的水沖刷，沒有任何可檢測到的鉛離子浸出。此外，該發(fā)光紡織品的成本為~0.05 $/cm2，顯示了低成本大規(guī)模生產(chǎn)的前景，這些低成本和可擴(kuò)展的PLT可以滿足在海上救援中的突破性應(yīng)用。

與之前關(guān)于聚合物封裝鈣鈦礦復(fù)合材料的研究不同，在本研究采用了一種簡單的單噴嘴靜電紡絲方法，可以直接、連續(xù)地大規(guī)模生產(chǎn)PLT，生產(chǎn)率可以達(dá)到~1500 cm2/h。在該體系中，鈣鈦礦被包裹在聚合物、環(huán)糊精超分子和氟化疏水劑的新型纖維中，其中疏水性樹脂聚合物作為載體加載鈣鈦礦納米顆粒，提供防水性能的同時并確保其機(jī)械靈活性。具有主體結(jié)構(gòu)的桶狀環(huán)糊精分子(HPβCD)，其沿內(nèi)外腔壁具有多齒羥基，可以與鈣鈦礦強(qiáng)烈相互作用形成穩(wěn)定的主客體復(fù)合物，同時鈍化鈣鈦礦的晶體缺陷。而全氟硅烷(PFOS)作為一種分離的納米相成分加入到CsPbBr3@HPβCD纖維復(fù)合材料中，一方面，極疏水的PFOS可以自發(fā)地完全覆蓋纖維的外表面。另一方面，疏水PFOS分子中許多氟(F)原子可以與HPβCD中的-OH基團(tuán)形成強(qiáng)大的氫鍵，從而構(gòu)建厚度約為50 nm保護(hù)層，來增強(qiáng)CsPbBr3@HPβCD復(fù)合纖維的防水性。

考慮到海洋環(huán)境和真實環(huán)境是復(fù)雜和動態(tài)的(如水流、pH值和深度)，我們特意研究了PTL的抗酸/堿性，并在隔離毒性成分方面評估了其安全性和可靠性。CsPbBr3@HPβCD@PFOS紡織品在pH = 1.2(PLQY = 31.4%)和pH = 12.8(PLQY = 36.3%)的水中浸泡24小時后，保存了其PLQY的~63-73 %。在該研究中，PTL的在水中的高壓耐受性也進(jìn)行了評估，其表明當(dāng)救援者或者潛水儀器潛入深海時，在高壓30 MPa擠壓(與海底深度相關(guān))下，相當(dāng)于3000米的深度時，PLT仍然保持了其初始PL強(qiáng)度的38%，F(xiàn)WHM略有增大(圖2a)。此外，CsPbBr3@HPβCD@PFOS的PLT顯示出很強(qiáng)的抗水性，即使在浸泡3260 h后(圖2b)，依舊保持85%的熒光強(qiáng)度。

利用自制的動態(tài)水裝置模擬了570 mL/ min快速流速下沖刷下PLT的真實情況，結(jié)果顯示PLT可以在連續(xù)發(fā)出綠光(圖2c)。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測量結(jié)果表明，在動態(tài)水沖刷的3300小時過程中，泄露的Pb2+濃度僅僅為3.94 ppt，這低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的安全飲用水(<0.01 ppm)的Pb2+濃度8個數(shù)量級。這種抑制鉛離子泄漏的優(yōu)異能力可以歸因于HPβCD團(tuán)簇對重金屬離子的原位封裝和有效的化學(xué)吸附。此外，聚合物基質(zhì)和外層的PFOS物理屏障可以有效地將Pb2+離子固定在樹脂/納米硅烷復(fù)合材料上。

這項工作，將促進(jìn)下一代智能和可穿戴光電子領(lǐng)域的發(fā)光紡織品的大規(guī)模生產(chǎn)和實際應(yīng)用。這一成果發(fā)表在《Nature Communications》上，文章第一作者是中山大學(xué)博士后田甜博士，博士生楊梅芳，王連洲教授和吳武強(qiáng)教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委(22005355)，廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金(2022A1515010282)和中山大學(xué)基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)基金(22qntd2305)的資助支持。

原標(biāo)題：中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授等: 大面積防水、耐用的鈣鈦礦發(fā)光紡織品