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基于杂环的几种强双光子吸收材料的制备及性能研究

刘常琳  
【摘要】: 具有双光子吸收性能的材料在双光子荧光显微和成像、光学微加工、三维光信息存储等方面具有潜在的应用价值。合成具有大的双光子吸收截面的光学材料一直是研究的热点。通过阅读文献,我们了解到多支结构的化合物由于各侧链之间的电子耦合作用引起的协同加强会使双光子吸收截面大幅提高。 本文合成了两类荧光化合物,并测试了它们的光学性能。 一、吡嗪衍生物的合成及双光子吸收性质研究。首次合成三种两支双光子吸收有机分子:即2,5-二(4-氟苯乙烯基)-3,6-二甲基吡嗪(F-PR),2,5-二(噻吩-2-乙烯基)-3,6-二甲基吡嗪(S-PR),2,5-二(呋喃-2-乙烯基)-3,6-二甲基吡嗪(O-PR)。结论如下: 1、用2,3,5,6-四甲基吡嗪跟醛发生诺文葛耳(Knoevenagel)反应首次合成了三种两支化合物。对三种化合物的基态分子构型进行了优化,并计算了各化合物分子的电荷密度及前沿分子轨道的电子云密度,从中得出电荷转移都是从电子给体转移到吡嗪环电子受体上的。 2、研究了三种化合物在不同极性溶剂中的发光性质,以及不同的电子给体对化合物的线性光学性质的影响。随着溶剂极性的增加,溶剂对化合物的吸收光谱影响不大;但对单光子激发荧光的影响比较大,发射波长随极性的增加发生明显的红移,且荧光量子产率也逐渐降低,表现出正溶致动力学效应。三种化合物随着电子给体给电子能力的增强,吸收波长、荧光发射波长发生明显红移,说明基团的给电子能力越强,分子内电荷转移越容易进行,HOMO和LUMO轨道间隙降低,引起红移。 3、介绍了双光子吸收截面的计算方法及常用的测试方法。通过实验验证了双光子吸收机理的合理性。比较了双光子荧光跟单光子荧光的差别以及溶剂极性对双光子吸收性质的影响。双光子荧光的发射波长随电子给体的增强而略微红移,大约5 nm左右,这跟单光子荧光的变化规律相似,说明单光子荧光和双光子荧光的发射机制在某些方面是类似的;但是双光子荧光的发射波长由于再吸收效应作用比单光子荧光的发生明显红移。 二、巴比妥酸衍生的合成及聚集态荧光研究。传统的有机发光材料在稀溶液中荧光发射强度比较高,固态时由于分子聚集形成激基缔合物会导致荧光猝灭,这在有机发光器件制作中是非常不利的,而具有聚集诱导发光性质的化合物正好可以避免这种弊端。因此本文合成了几种具有聚集诱导发光性能的化合物。 其中,以5-咔唑苯乙烯基-1,3-二甲基巴比妥酸为研究对象,通过实验证实其确实具有聚集诱导荧光性质。测试了其在溶液及固体状态时的荧光光谱,将其掺杂到丙烯酸酯中制备成薄膜后测试其荧光强度,发现其成膜后荧光强度增强,初步推测了其聚集发光的原因。并对其分子结构进行优化,计算了其电子云密度分布,从另一方面验证了我们推测的合理性。


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