引言：金属粉尘防治是工业生产的安全保障。传统的金属粉尘检测方法，如电感耦合等^[1]，虽然精确，但因成本高、操作复杂等应用受限。因此，亟需开发一种高效、便捷且成本低的检测方法。近年来，有机发光材料作为光学传感器在各种目标识别中展现出巨大潜力，被众多研究人员关注。然而，荧光可视化传感在金属粉尘监测中的应用却鲜有报道。为了提高检测的便携性，荧光传感器已逐渐发展为薄膜、试纸和纤维等形式。静电纺丝技术可以构建梯度孔隙率的3D结构^[2]，其制备的纳米纤维膜具有小孔径、高孔隙率和大比表面积，有利于提高传感元件的灵敏度和响应性^[3-4]。不过，提高静电纺膜的力学性能仍是其实际应用中的一大挑战。

常州大学石油化工学院的赵晓燕教授团队在《Applied Surface Science》期刊发布了题为“Elastic electrospun membrane with stable temperature and humidity fluorescence performance for metal dust detection”（用于金属粉尘检测的具有稳定温湿度荧光性能的弹性静电纺丝膜）的最新研究成果。该团队通过静电纺丝合成具有优异热稳定性和溶解性的荧光聚酰亚胺，并将其与聚氨酯复合，成功开发出一种新型的荧光检测膜。该成果为金属粉尘的实时、便携式检测提供了一种新的策略。

1. 荧光聚酰亚胺的合成

为有效提高检测的稳定性，团队合成了具备优异热稳定性与溶解性的荧光聚酰亚胺。在空气中，其热分解温度约达 400℃ ，这一特性由热重分析（TGA）所证实（见图 1）。通过将芘单元作为侧基引入分子链，赋予了聚合物良好的加工性能。从分子结构角度来看，芘单元的大平面结构增加了分子间距离，降低了分子链间相互作用，使得聚合物在常见有机溶剂如 N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）、三氯甲烷中展现出良好溶解性，为后续加工操作提供了便利。

2. 复合膜的制备

探测器尺寸稳定性对灵敏度和可重复使用性意义重大。团队将不同形态的聚合物复合到聚氨酯膜上。先以质量分数 21% 的 PU 的 DMF 溶液为原料，采用静电纺丝法制备基底膜，纺丝电压设定为 13 kV，接收距离 15 cm，纺丝速率 0.8 mL/h 。随后，把不同浓度的荧光聚酰亚胺的三氯甲烷溶液覆盖在基底膜上，成功制备出复合膜。扫描电子显微镜（SEM）图像（图 2 ）显示，聚酰亚胺均匀分散在聚氨酯基底层上，这种均匀分散结构对复合膜性能提升起到关键作用 。

3. 复合膜性能表现

1. 力学性能：

优化后的膜在力学性能方面表现出色，重复拉伸应变可达 350%，强度达到 3.5 MPa 。通过拉伸测试机对复合膜进行循环拉伸实验，得到的应力 - 应变曲线（图 3 ）直观呈现了膜良好的弹性回复特性，多次拉伸后仍能保持结构完整性，这为实际应用中频繁弯折、拉伸等操作提供了保障。

图3：样品膜的力学性能 a. 应力-应变曲线 b. 样品拉伸过程示意图

2. 荧光性能与湿度影响：

复合膜具备优异荧光性能，且湿度对其荧光影响较小。这源于样品良好的防水性能，水接触角测试（图 4 ）显示，复合膜水接触角大于 120°，有效阻止水分渗透干扰荧光基团。在不同湿度环境下荧光强度测试（图 5 ）表明，相对湿度从 20% 变化到 80% 时，荧光强度波动小于 5%，保证了在复杂湿度环境中检测稳定性。

图4：BP-II膜拉伸后的外观变化 a. 不同拉伸时间下的外观变化 b. 第五次拉伸5cm后的SEM图像 c. 不同拉伸位移下的应力-应变曲线

图5：电纺膜的PL光谱 a. PL光谱图 b. CIE色度图 c. 光学照片

3. 对金属粉尘的响应：

图6：PU、BP和BP-II膜在空气和N2中的TGA a. TGA曲线 b. BP-II膜在不同温度下的PL光谱及对应荧光照片 c. BP-II膜在不同温度下的三维荧光光谱 d. PU的TG-IR谱图 e. BP-II的TG-IR谱图

图7：BP-II膜对金属粉末的荧光响应 a. 金属粉末的PL光谱图 b. PL强度柱状图 c. BP-II膜与Ni和Fe的SEM和EDS图像 d. 测试过程示意图

文献来源：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163337
引用来源：
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[2]S.. Dong, B.M. Maclejewska, R .M. Schofleld, N, Hawkins, c.n. Sivlour, N. Grobert,Electrospinning nonspinnable sols to ceramic fbers and springs, ACS Nano 18 (21)(2024)13538-13550.
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