调控单一染料存在状态制备多色图案

论文摘要

染料分子构成的多色阵列在全色显示、信息存储、传感器阵列、有机光电子学器件等领域具有着重要意义。现有制备方法通常是通过选择性吸附、掩模板蒸镀、喷墨打印等方法进行多种材料的并列沉积或层状排列来实现的,均不可避免地用到多步操作,这影响了染料阵列的分辨率并增加了制作的成本。因而提出一种廉价高效、大面积、高分辨的多色阵列制备方法有着现实的意义。围绕着这个目的,本论文进行了如下两方面的研究:1.研究了喹吖啶酮、吡唑蒽、罗丹明6G等染料分子通过真空热蒸镀沉积到不同基底上的分子存在状态(分子分散态、聚集态及不同分子堆积形态)以及由此引发的染料荧光和吸收性质的不同。利用原子力显微镜、荧光显微镜、X射线衍射、正电子湮没寿命谱、荧光光谱、紫外可见吸收光谱等分析测试手段对染料分子在不同基底材料上的存在状态以及染料分子在聚合物内部的扩散过程进行了研究;弄清了基底材料调控染料颜色的机制和规律。2.基于上述研究,我们结合光刻与纳米压印技术设计了一种在同一表面上构筑异质微结构的方法,成功构筑了从几百微米至几百纳米的结构图案,并通过在该结构表面上真空蒸镀一种染料分子实现了双色图案的制备。我们利用原子力显微镜、光学和荧光显微镜、荧光光谱、紫外可见吸收光谱等分析测试手段对一系列不同染料、不同形状和特征尺寸的双色图案进行了表征。基于聚合物链段疏密程度和运动性对染料存在状态的影响,以ANP为探针分子研究了室温纳米压印过程中聚合物层状组装薄膜的结构变化。另外,通过控制曝光量调控同一光交联聚合物材料的染料负载能力,实现了同一基底材料对染料颜色的调控,并实现了多色荧光图案的制备。本论文的创新性在于提出了一种通过在预图案化的基底上蒸镀一种有机分子制备多色图案的方法。该方法可以开辟一种廉价、高效、大面积、高分辨的设计制备多色图案的全新途径。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪论
• 1.1 染料概述
• 1.1.1 染料的发展史
• 1.1.2 染料的概念、分类和命名
• 1.1.3 吸收现象与发色理论
• 1.1.4 染料的发光
• 1.1.5 染料的应用
• 1.2 染料阵列
• 1.2.1 染料阵列的应用
• 1.2.1.1 OLED 显示
• 1.2.1.2 信息存储
• 1.2.1.3 传感器及传感器阵列
• 1.2.1.4 分布式反馈激光器
• 1.2.1.5 有机光电子器件阵列
• 1.2.2 染料阵列的制备方法
• 1.2.2.1 微加工制备技术
• 1.2.2.2 选择组装和自组织
• 1.2.2.3 其它技术
• 1.3 染料的形态与性质
• 1.3.1 染料分子间的相互作用
• 1.3.2 激基缔合物和染料聚集体的性质
• 1.3.3 染料/聚合物共混体系的性质
• 1.4 本文的研究思路和主要研究成果
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 主要研究成果
• 参考文献
• 第2章 染料在不同基底上的形态和光学性质
• 2.1 引言
• 2.2 仪器和试剂
• 2.3 沉积在不同基底上的染料的形态研究
• 2.3.1 染料分子的表面形貌表征
• 2.3.2 XRD 结晶性表征
• 2.4 沉积在不同基底上的染料的光学性质
• 2.4.1 吸收光谱性质
• 2.4.2 荧光发射光谱及荧光显微镜测试
• 2.5 染料性质随放置时间的变化
• 2.5.1 在致密无机基底上的变化
• 2.5.2 在聚合物基底上的变化
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第3章 染料在聚合物中的渗透性和溶解性
• 3.1 引言
• 3.2 仪器和试剂
• 3.3 染料分子在PDMS 中的渗透行为
• 3.3.1 PDMS 样品剖面分析
• 3.3.2 染料的扩散渗透过程
• 3.4 染料的渗透性和溶解性差异
• 3.4.1 染料渗透在聚合物间的差异
• 3.4.2 NOA 交联度对染料渗透的影响
• 3.4.2.1 NOA 结构随曝光量变化的PALS 研究
• 3.4.2.2 曝光量导致的发光颜色调制
• 3.5 基于染料溶解度的稳定颜色调制
• 3.5.1 基于不同聚合物材料
• 3.5.2 基于同种材料的交联度变化
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 双色微纳图案的制备
• 4.1 引言
• 4.2 仪器和试剂
• 4.3 异质结构表面的构筑
• 4.3.1 二维结构构筑
• 4.3.2 三维结构构筑
• 4.4 基于吸收差异的Rh-6G 双色图案
• 4.4.1 光刻模板制备的双色图案
• 4.4.2 NiL 模板制备的双色图案
• 4.5 基于荧光差异的DBQA 和ANP 双色图案
• 4.5.1 DBQA 双色图案
• 4.5.2 ANP 双色图案
• 4.6 基于不同处理的同种材料基底的双色发光图案
• 4.6.1 NOA-63 光刻掩模曝光基底
• 4.6.2 纳米压印图案化的层状组装膜基底
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第5章 多色荧光图案制备及前景展望
• 5.1 引言
• 5.2 多色荧光图案制备
• 5.2.1 灰度光刻模板法
• 5.2.2 二元光刻掩模二次曝光法
• 5.3 前景及展望
• 5.3.1 RGB 像素构建和白光显示
• 5.3.2 聚合物结构性质研究
• 5.3.3 有机光子学和光电子学器件
• 5.3.4 有机染料的传感性能研究
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的论文
• 作者简历
• 致谢
• 摘要
• Abstract