含二苯甲酮片段的荧光染料的合成与双光子性质研究

摘要

近年来，双光子聚合反应的光化学和光物理过程吸引了国内外学者的高度重视。由于双光子吸收强度与入射光强度的平方成正比，在紧聚焦的情况下，吸收仅限于入射光波长的立方(入3)的微小体积内，故可以在深度三维空间的任意位点引发特定的光物理过程和光化学反应。使得双光子材料存在许多潜在的应用前景诸如光限幅、双光子上转换激射、双光子荧光显微术、三维光存储以及三维微加工正成为材料领域研究的热点。
　　 对于自由基引发的双光子聚合反应，聚合速率与引发聚合反应的激光能量域值以及引发剂分子的吸收行为有关，其激发波长一般为单光子吸收波长的两倍。虽然双光子聚合技术利用传统的紫外光引发剂引发聚合树脂在三维微加工方面得到了初步的展示，但由于引发剂分子的双光子吸收截面δ比较小，因此聚合系统显示出较低的光敏度。目前，双光子聚合反应的聚合机理以及引发剂分子的结构和性质的关系尚不清楚，因此有效的引发剂分子并不多见。基于此，Albota和Reinhardt等人提出利用增大双光子吸收截面的方法来提高引发剂分子的光敏度。即，增加共扼链的长度、提高电子给体和电子受体的强度和提高冗共轭中心母体的平面性来增大分子的双光子吸收截面。根据这个设计方法，一批带有大共轭电荷转移体系的引发剂分子被合成出来。量化计算表明，增加带有同一结构基元分子的维度有利于提高分子的双光子吸收截面，最近报道的实验结果也证明了这一点。
　　 本文研究的主要内容和结果如下：
　　 1.D-π-A和D(-π-A)n(n=1-3)两类分子的合成及表征。
　　 本文中二苯乙烯类结构分子是通过改变供电子基团设计的，多枝状分子是通过改变枝链数目设计的，所有化合物都分别用1H NMR谱、13CNMR谱、元素分析和差热分析进行了表征。制备了两个化合物的单晶，并分析、讨论了他们的X-射线衍射晶体数据。
　　 2.线性和单光子光学性质的研究
　　 测定了目标化合物的紫外吸收光谱及单光子荧光光谱，用荧光比较法测定了荧光量子产率，并检测了目标化合物的荧光寿命，得到以下结论：①化合物最大吸收波长是由分子内电荷转移引起的，随着电子给体供电子能力的增加，分子具有更强的分子内电荷转移能力。②随溶剂极性增大，化合物荧光发射峰红移且荧光强度减弱，化合物4除外。③随着带有同一结构基元维度的增加，分子的吸收峰和发射峰红移，荧光强度逐渐增强。
　　 3.双光子吸收光学性质的研究。
　　 测定了双光子上转换荧光，并利用双光子诱导荧光法计算了双光子吸收截面，实验结果表明，随着分子维度的增加，双光子吸收截面逐渐增大，这和Macak等人关于随着分子维度的增加，其双光子吸收截面增大理论是一致的。这证明增加分子枝的数量对增加分子非线性吸收起着非常重要的作用，多枝状分子显示出更大的双光子吸收截面。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1有机非线性光学材料

1.1.1非线性光学

1.1.2有机非线性光学材料

1.2双光子吸收材料及应用

1.2.1双光子吸收

1.2.2双光子吸收截面

1.2.3双光子吸收的应用

1.3有机双光子吸收材料的研究现状

1.3.1二苯乙烯类和均二苯乙烯衍生物类双光子吸收材料

1.3.2多枝二苯乙烯类和均二苯乙烯衍生物类双光子吸收材料

2 荧光染料的设计与合成

2.1荧光染料的设计

2.1.1分子设计思想

2.1.2目标化合物的反应原理

2.2实验过程

2.2.1实验准备

2.2.2目标化合物合成及结构表征

2.3 X射线衍射测化合物的结构

2.3.1晶体的培养

2.3.2目标化合物的晶体解析及结果分析

3 目标化合物的性质研究

3.1化合物的紫外吸收及谱线的分析研究

3.2荧光光谱

3.2.1荧光光谱的测定

3.2.2谱线处理和分析研究

3.2.3荧光量子产率(Φf)

3.2.4荧光量子产率测定方法

3.2.5荧光量子产率计算与结果分析

3.2.6荧光寿命

3.3溶剂对溶质分子Stokes位移效应

3.4上转换荧光

3.4.1上转换荧光图

3.4.2吸收截面的测量方法

3.4.3双光子诱导荧光法(Two photon induced fluorescence technique)

3.4.4吸收截面的测量及结果分析

3.5化合物的单、双光子荧光性质总结

3.6热稳定性分析

4 结论与展望

致 谢

参考文献

附 录