聚合物纳米纤维在柔性穿戴、电子器件、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。由于其纳米尺寸下，纳米纤维的强度相对较低，极大地限制了它的制备与应用。碳量子点（2-5 nm）由于其独特的物理化学性质，除具有量子效应的荧光性质外，还在增强聚合物纤维上展现出独特的优越性。但目前宏量制备碳量子点的方法通常采用间歇式操作，如何通过连续批量生产得到大量的高量子产率碳量子点仍是一个挑战。尤其是探索低成本、高效便捷的方法来实现碳量子点的连续制备以及高强度纳米纤维的制备是目前极具挑战的课题。
针对上述问题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授团队，创新性地探索出一种利用微流控芯片反应平台实现高量子产率宏量碳量子点连续化制备的方法，并利用微流体静电纺丝技术将制备得到的碳量子点负载在纳米纤维上，实现了高机械强度的富集荧光碳量子点聚合物纳米纤维的宏量制备。首先，针对已有报道中的微流控芯片反应平台存在的导热性差、不耐热、不耐溶剂、加工过程复杂等问题，首次提出了使用铝基微流控芯片反应平台（铝基微流控芯片由南京贝耳时代科技有限公司研制并提供）实现碳量子点的连续制备。通过在铝基微流控芯片中的过程强化，同时调控各种参数，最终得到量子产率高达70.98%，半峰宽为65 nm的碳量子点，将多个芯片并联后有望实现碳量子点的宏量制备。该碳量子点具有优异的光学性能与稳定性，并且利用微流控纺丝技术可以实现富集荧光碳量子点聚合物纳米纤维的连续生产。值得注意的是，将碳量子点负载到热塑性聚氨酯（TPU）和尼龙66（PA66）的纳米纤维膜上后，其拉伸强度分别达到了原先的2.9倍和4.1倍。其中，PA66纳米纤维膜的拉伸强度由原来的的3.9MPa提高到了16.1MPa。该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Chemical Engineering Journal》上。(Continuous productions of highly fluorescent carbon dots and enriched polymer nanofibers via microfluidic techniques, Chemical Engineering Journal. 2023，https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144444)。南京工业大学硕士研究生陈益峰为第一作者。南京工业大学陈苏教授与王彩凤教授为共同通讯人。
该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家青年自然基金、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室等基金的资助和支持。
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