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Perpendicular Alignment of 2D Nanoplatelet Emitters in Electrospun Fibers: A Result of the Barus Effect?
Macromolecular Materials and Engineering ( IF 4.2 ) Pub Date : 2023-06-19 , DOI: 10.1002/mame.202300027 Xu Liu 1, 2 , Fuzhao Li 2, 3 , Manuel Hohgardt 1 , Lars Frederik Klepzig 2, 4 , Marcel Maximilian Willich 1 , Henrik‐Alexander Christ 3 , Andreas Schaate 2, 5 , Peter Behrens 2, 5 , Jannika Lauth 2, 4, 6 , Henning Menzel 2, 3 , Peter Jomo Walla 1, 2, 7
Macromolecular Materials and Engineering ( IF 4.2 ) Pub Date : 2023-06-19 , DOI: 10.1002/mame.202300027 Xu Liu 1, 2 , Fuzhao Li 2, 3 , Manuel Hohgardt 1 , Lars Frederik Klepzig 2, 4 , Marcel Maximilian Willich 1 , Henrik‐Alexander Christ 3 , Andreas Schaate 2, 5 , Peter Behrens 2, 5 , Jannika Lauth 2, 4, 6 , Henning Menzel 2, 3 , Peter Jomo Walla 1, 2, 7
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Stable jet electrospinning (SJES) is a special form of optical fiber generation that prevents chaotic fiber whipping typical for conventional electrospinning procedures. Incorporation of highly emissive semiconductor nanoplatelets (NPLs) in such fibers has very high potential in optical data transmission, optological circuits, fiber lasers, solar light concentrators and many other fields because NPLs exhibit strongly directed emission from their surface plane due to various in-plane transition dipole moments. However, potential orientation control of 2D-NPLs in SJES is entirely unknown as electric fields and various mechanical forces contribute in a complex manner simultaneously. Here, the observation of counter-intuitive yet very beneficial orientation of rectangular CdSe/CdS 2D-NLP in SJES perpendicular to the fiber drawing axis is reported. Scanning electron microscopy, 3D-single particle excitation polarization microscopy, 3D-photogoniometry, polarized emission spectroscopy and small angle X-ray scattering (SAXS) demonstrate aggregation free perpendicular alignment of the NPLs in poly(methyl methacrylate) (PMMA) fibers, resulting in dominant emission in directions parallel to the fiber. It is suggested that the observed vertical alignment is due to normal forces resulting from viscoelastic expansion when the polymer solution leaves the cannula (Barus effect) and that using such perpendicular nano-emitter alignment forces allows for the generation of novel materials also beyond fibers.
中文翻译:
电纺纤维中二维纳米片发射器的垂直排列:巴鲁斯效应的结果?
稳定喷射静电纺丝 (SJES) 是一种特殊的光纤生成形式,可防止传统静电纺丝过程中常见的混乱光纤鞭打现象。在此类光纤中加入高发射半导体纳米片(NPL)在光学数据传输、光电路、光纤激光器、太阳光聚光器和许多其他领域具有非常高的潜力,因为NPL由于各种面内原因而表现出从其表面平面强烈的定向发射跃迁偶极矩。然而,SJES 中 2D-NPL 的电势方向控制是完全未知的,因为电场和各种机械力同时以复杂的方式起作用。在这里,报告了在 SJES 中垂直于光纤拉丝轴观察到的矩形 CdSe/CdS 2D-NLP 的反直觉但非常有益的取向。扫描电子显微镜、3D 单粒子激发偏振显微镜、3D 光测角测量、偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,从而产生平行于光纤方向的主发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,导致在平行于纤维的方向上占主导地位的发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,导致在平行于纤维的方向上占主导地位的发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。
更新日期:2023-06-19
中文翻译:
电纺纤维中二维纳米片发射器的垂直排列:巴鲁斯效应的结果?
稳定喷射静电纺丝 (SJES) 是一种特殊的光纤生成形式,可防止传统静电纺丝过程中常见的混乱光纤鞭打现象。在此类光纤中加入高发射半导体纳米片(NPL)在光学数据传输、光电路、光纤激光器、太阳光聚光器和许多其他领域具有非常高的潜力,因为NPL由于各种面内原因而表现出从其表面平面强烈的定向发射跃迁偶极矩。然而,SJES 中 2D-NPL 的电势方向控制是完全未知的,因为电场和各种机械力同时以复杂的方式起作用。在这里,报告了在 SJES 中垂直于光纤拉丝轴观察到的矩形 CdSe/CdS 2D-NLP 的反直觉但非常有益的取向。扫描电子显微镜、3D 单粒子激发偏振显微镜、3D 光测角测量、偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,从而产生平行于光纤方向的主发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,导致在平行于纤维的方向上占主导地位的发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。偏振发射光谱和小角 X 射线散射 (SAXS) 证明了聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 纤维中 NPL 的无聚集垂直排列,导致在平行于纤维的方向上占主导地位的发射。有人认为,观察到的垂直排列是由于聚合物溶液离开插管时粘弹性膨胀产生的法向力(巴鲁斯效应)造成的,并且使用这种垂直的纳米发射器排列力可以产生超出纤维的新型材料。