双光子聚合三维微加工成功地利用了双光子吸收的特点,使聚合仅限于焦点附近极小区域内,加工分辨率高,而且双光子聚合的光源为近红外激光,长波长的入射光损耗较小,在介质中穿透性好。因此,利用该技术可在含有光引发剂、聚合单体和交联剂的树脂体系内进行深层次的三维光刻,即三维微加工。双光子聚合的核心部分是双光子聚合的光敏引发体系,它决定了双光子聚合的引发效率,对降低双光子聚合三维微加工的激光能量和提高加工速度具有决定性作用。传统的紫外光聚合引发剂双光子吸收截面较小,需较高的激光能量才能引发聚合,导致聚合反应难以控制,且易造成对微结构的光损伤。因此,新型高效双光子聚合引发剂的开发成为双光子聚合研究的热点。各种新型的双光子聚合引发剂不断被报导,具有比传统的紫外光聚合引发剂更好的引发效果。然而目前报导的双光子聚合引发剂仍难以满足进一步降低双光子聚合激光能量和提高加工速度的要求。本论文研究目的是合成新型高效双光子聚合引发剂,研究它们的单光子和双光子光学性质、双光子聚合引发特性,引发剂引发聚合活性与双光子聚合分辨率之间的关系,以及聚合单体对双光子聚合特性的影响。以期发现新的规律,寻找新的方法,促进双光子聚合三维微加工技术的进一步发展。本论文由七章组成,各章具体内容如下:第一章:本章详细的介绍了相关研究背景。阐述了光聚合和微加工、双光子吸收过程和应用、双光子聚合三维微加工的研究进展。分析了目前双光子聚合三维微加工存在的问题,阐述了本论文的研究目的和意义。第二章:对双光子聚合引发剂研究进展进行了综述,提出了本论文的分子设计。分别设计了C2V型的D-π-A-π-D （I₁-I₄）和A-π-A-π-A（I₅-I₇）型蒽醌衍生物双光子聚合引发剂与D-π-D-π-D（II₁-II₃）和A-π-D-π-A（II₄-II₅）型蒽衍生物双光子聚合引发剂。第三章:合成了C_2v型蒽醌衍生物双光子聚合引发剂（I₁-I₇）,研究了它们的单光子和双光子光谱性质。I₁和I₂显示出强的电荷转移谱带和低的荧光量子产率,且在800 nm具有大的双光子吸收截面,分别为1635和995 GM。I₃, I₄, I₆和I₇双光子吸收截面较小,均小于100 GM。第四章:合成了C2v型蒽衍生物双光子聚合引发剂（II₁-II₅）。研究了它们的单光子和双光子光谱性质。II₁荧光量子产率较低,且在700-850 nm之间双光子吸收截面远大于其它蒽衍生物的,最大吸收位于750 nm,为466 GM。第五章:本章包括四方面的研究内容。一是蒽醌衍生物双光子聚合引发剂的引发聚合特性。I₁, I₂和I₆引发活性较高,在树脂中用量为0.03 mol%时,引发聚合的阈值分别为2.02、2.53和2.53 mW。I₁和偶苯酰在树脂中的含量为0.05 mol%时,引发聚合的阈值分别为2.02和12.72 mW。二是蒽衍生物双光子聚合引发剂的引发聚合特性。II₁和II₂具有较高的引发聚合活性,在树脂中用量为0.18 mol%时,引发聚合阈值分别为0.64 mW和1.6 mW。偶苯酰用量为0.18 mol%时,引发聚合阈值为6.37 mW。II₁的引发聚合活性比偶苯酰高一个数量级。提出了II₁和II₂高引发聚合活性的机理。含有0.18 mol% II₁的树脂在1000μm/s扫描速度下,仅用2.53 mW的激光能量即可聚合成连续的线。II₁比I₁具有更高的引发聚合活性。三是引发剂引发聚合活性与双光子聚合分辨率之间的关系。发现了高的引发聚合活性有助于提高双光子聚合分辨率的规律。使用II₁作为双光子聚合引发剂,在50μm/s的扫描速率和0.80 mW的激光能量下,将双光子聚合的分辨率提高到了80 nm。采用高活性引发剂提高双光子聚合分辨率的优点在于提高分辨率的同时降低了聚合的激光能量。理论计算表明,随着聚合能量降低,特别是低于0.8 mW时,分辨率将急剧提高。四是聚合单体对双光子聚合特性的影响。单体对树脂的双光子聚合阈值和分辨率均有影响。双光子共聚合的方法可有效地提高双光子聚合的分辨率。第六章:对本论文的研究工作和结果进行了总结,并对未来研究进行了展望。第七章:测试与合成部分。