三旗形纳米带阵列：开启多功能纳米材料的新纪元

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三旗形纳米带阵列：开启多功能纳米材料的新纪元（DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110121）

在纳米科技飞速发展的今天，集多种功能于一体的纳米材料正成为电子、光学、磁学等交叉领域的研究热点。传统多功能材料往往面临功能间相互干扰、性能受限等瓶颈。近日，长春理工大学的研究团队创新性地设计出一种三旗形纳米带阵列（FCM-TNA），实现了荧光、导电与磁性三大功能的独立共存与协同调控，为构建新一代智能纳米材料提供了全新范式。

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一、灵感来源：从“三色旗”到“三功能带”
为克服传统Janus结构仅能实现双功能分区的局限，研究团队提出一种三旗形结构——将三条不同功能的纳米带并行紧密结合，形似一面“三色旗”。每条纳米带分别承载一种功能：

• 荧光区：NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺/PMMA，具备上转换蓝光发射能力；
• 导电区：PANI/PMMA，提供高导电性与可调导电各向异性；
• 磁性区：CoFe₂O₄/PMMA，赋予材料可控磁响应性能。
  

通过三轴并行静电纺丝技术，三种功能材料在微观尺度上实现独立分区、互不干扰，有效避免了传统复合材料**能间的性能削弱。

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二、结构创新：微观分区，宏观协同1. 三旗形纳米带构建单元
每条纳米带宽度约8.4 μm，厚度约980 nm，三条带紧密结合形成“三旗形”结构。通过能谱线扫描（EDS）证实，Y、S、Fe三种元素分别仅存在于荧光、导电和磁性区域，功能分区清晰、结构稳定。
2. 阵列化排列，性能增强
将三旗形纳米带有序排列形成柔性阵列（FCM-TNA），不仅提升了结构稳定性，还显著增强了荧光强度与导电各向异性。相比无序排列的非阵列结构，FCM-TNA的荧光强度提升约6倍。

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三、性能亮点：三功能独立可调
✅ 上转换荧光性能

• 在980 nm激光激发下，FCM-TNA发出明亮蓝光，发射峰位于457 nm 和 476 nm；
• 荧光强度可通过调节NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺含量进行线性调控；
• 三旗结构有效避免PANI与CoFe₂O₄对激发光的吸收，荧光性能优于所有对比样。
  

✅ 导电各向异性

• 当PANI含量为70%时，导电方向（X）与绝缘方向（Y）电导比高达2.54×10⁸；
• 导电性仅在X方向随PANI含量增加而增强，Y方向始终保持绝缘；
• 该特性在柔性电路中实现方向选择性导通，具备实际应用潜力。
  

✅ 可调磁性能

• 饱和磁化强度随CoFe₂O₄含量增加而线性提升，最大可达8.20 emu/g；
• 磁性与其他功能独立，不影响荧光与导电性能；
• 可用于磁控响应器件或磁靶向系统。
  

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四、衍生结构：从2D到3D，形态自由转换
基于FCM-TNA，研究团队进一步构建出多种3D管状与3D+2D复合结构：


这些结构在柔性电子、光电器件、智能传感器等领域展现出广阔应用前景。

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五、应用演示：柔性电路中的“方向开关”
研究团队将FCM-TNA应用于简单电路中，验证其导电各向异性：

• 当电流沿X方向（导电方向）时，LED灯正常发光；
• 当电流沿Y方向（绝缘方向）时，LED灯不亮；
• 实现方向选择性导通，可作为柔性电路中的“智能开关”。
  

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六、研究意义：引领多功能纳米材料设计新方向
本研究提出的三旗形纳米带结构，不仅在微观功能分区、宏观性能协同方面实现突破，更在以下方面具备重要意义：

• 结构创新：首次实现三功能独立分区，突破Janus结构双功能限制；
• 性能卓越：荧光强、导电各向异性高、磁性可调；
• 形态多样：可衍生多种3D结构，适应不同应用场景；
• 应用广泛：适用于柔性电子、光电器件、电磁屏蔽、智能传感等领域。
  

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七、结语：三旗形结构，多功能未来
三旗形纳米带阵列的成功构建，标志着多功能纳米材料从“混合功能”走向“结构调控”的新阶段。其独特的设计理念、卓越的性能表现和广泛的衍生能力，为未来智能材料、柔性器件、纳米机器人等前沿领域提供了强有力的材料支撑。
未来，研究团队将进一步探索单根三旗形纳米带的光量子效率与器件集成能力，推动这一新型结构从实验室走向实际应用，真正实现“一材多用、结构定义功能”的纳米材料设计愿景。