蒽中心十字交叉共轭分子的双光子性质及其压致变色行为的研究

论文摘要

20世纪30年代, G?ppert-Mayer第一次在理论上分析出一个分子同时吸收两个光子的可能性;在激光器发明后不久,1961年Kaiser与Garret从实验上证实了这一理论。由此,科学界出现了一个关于双光子与多光子过程研究的新领域。与传统的单光子相比,双光子有其独特的优势。这使得双光子在荧光显微镜、微加工、三维光学数据存储、光限幅、激光上转换、光动力学诊疗、生物活性药物释放等领域具有广阔的应用前景。这些应用对具有大的双光子吸收截面的新材料的开发提出了更高的要求。我们以2,6-二-[（二乙氧基）磷酯基-甲基]-9,10-二溴蒽为中间体,通过Heck、Wittig-Horner反应合成出LUMO/HOMO空间分离、强化双光子吸收截面、纳米聚集强化单/双光子荧光发射的具有络合金属离子能力端基（苯胺类/吡啶类）的新型蒽中心十字交叉共轭分子。它们的LUMO和HOMO能级水平可因金属离子的络合及络合性质而发生显著而独立的变化,这既是对分子光学带隙的有效调控,也可用于水性和有机介质中金属离子的单光子和双光子荧光传感。同时,我们对该系列化合物进行了压致变色行为的研究。实验发现带有苯胺类基团的蒽中心十字交叉共轭分子有着明显的压致变色现象,碾磨后其自然光下与紫外灯下的光色都发生了明显的红移。通过DSC、XRD的测试分析,其变色行为是由于在外力作用下晶体结构遭到了破坏,趋于无定形态;而这种变色是可逆的,碾磨后的固体在加热或者有机溶剂熏蒸下,可以恢复到碾磨前的状态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 双光子吸收材料研究进展
• 1.1 双光子吸收的理论基础与机理
• 1.1.1 双光子吸收的理论基础
• 1.1.2 双光子激发的机理
• 1.2 双光子吸收截面及表征方法
• 1.2.1 双光子吸收截面（two-photon absorption cross section）
• 1.2.2 材料双光子吸收截面的测试方法
• 1.2.2.1 非线性透过率测试方法（ nonlinear transmission ）
• 1.2.2.2 双光子诱导荧光法（two-photon induced fluorescence technique）
• 1.2.2.3 Z-扫描技术（Z-scan Technique）
• 1.3 影响双光子吸收截面的主要因素
• 1.3.1 官能团对材料双光子吸收截面的影响
• 1.3.2 中心键桥结构对双光子吸收截面的影响
• 1.3.2.1 中心键桥的富电子/缺电子性质对双光子吸收截面的影响
• 1.3.2.2 π-体系的共轭长度对双光子吸收截面的影响
• 1.3.2.3 构象对双光子吸收截面的影响
• 1.3.2.4 乙烯基（sp2）与乙炔基（sp）键桥对双光子吸收截面的影响
• 1.3.3 分子维度对双光子吸收截面的影响
• 1.4 双光子吸收材料的研究进展
• 1.4.1 有机小分子双光子吸收材料
• 1.4.2 聚合物双光子吸收材料
• 1.4.2.1 交替共聚物
• 1.4.2.2 树枝状聚合物
• 1.4.2.3 含蒽单元的聚合物
• 1.5 双光子吸收材料的应用
• 1.5.1 双光子荧光显微镜（TPA fluorescent microscopy）
• 1.5.2 三维微加工（3-D micro-fabrication）
• 1.5.3 三维光学存储（3-D optical data storage）
• 1.5.4 激光光限幅（optical power limitation）
• 1.5.5 激光上转换（lasing up-conversion）
• 1.5.6 光动力学诊疗（photodynamic therapy）
• 1.5.7 追踪器、探针及传感器
• 第二章 合成用实验药品及仪器
• 2.1 实验药品
• 2.1.1 合成目标分子所需药品
• 2.1.2 常用试剂
• 2.2 试剂处理
• 2.3 实验仪器
• 第三章 以蒽为中心的十字型光学材料合成及表征
• 3.1 课题研究背景
• 3.2 课题研究内容
• 3.3 实验合成方案讨论
• 3.4 实验合成步骤
• 3.4.1 2,6-二-[（二乙氧基）磷酯基-甲基]-9,10-二溴蒽的合成及表征
• 3.4.2 醛类、乙烯类化和物的合成
• 3.4.3 含磷脂基中间化合物的合成及表征
• 3.4.4 目标产物的合成及表征
• 3.5 光学性能
• 3.5.1 测试分析
• 3.5.2 单光子性能
• 3.5.2.1 紫外吸收光谱
• 3.5.2.2 荧光发射光谱
• 3.5.3 蒽中心十字交叉共轭分子的溶致变色性质（solvatochromism）
• 3.5.4 蒽中心十字交叉共轭分子的AIE 性质
• 3.5.5 蒽中心十字交叉共轭分子的双光子性能
• 3.5.6 离子传感性质
• 3.6 本章小结
• 第四章 压致变色现象
• 4.1 研究背景
• 4.2 蒽中心十字交叉共轭分子F 的压致变色
• 4.3 蒽中心十字交叉共轭分子F 的DSC 曲线
• 4.4 蒽中心十字交叉共轭分子F 的XRD 图
• 4.5 其它具有压致变色行为的蒽中心十字交叉共轭分子
• 4.6 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录