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有机二阶非线性发色团是制备高性能有机电光材料的核心组成部分,传统的有机二阶非线性发色团大都以苯胺及其衍生物为电子给体,这样一类电子给体构建的发色团会出现诸如二阶非线性饱和和光损耗的问题,这两个问题在电光材料的实际应用中很重要。因此,需要很多的工作集中在设计优化发色团分子的结构上,使电光材料能同时获得高的二阶非线性和良好的光学透明性。 基于这样的问题,本文的主要工作是集中在用苯并五元杂环作为电子给体一部分开发出具有高电光活性或同时具有良好的光学透明性的有机二阶非线性发色团。主要工作如下: 1.在吲哚的基础上,合成了五个新发色团,其中三个发色团的电子给体为6-四氢吡咯吲哚,分别是5a,5b和5c,这三个发色团的不同之处在于吲哚氮原子上的取代基不同。这五个新合成的发色团均用UV-vis和TGA表征。其中,用发色团5a以10wt%的量掺杂在APC中,极化后获得的平均r33为19 pm/V,它在氯仿中的最大吸收为582nm,其分解温度(Td)为278℃。相比于之前报道的苯胺为给体的发色团B(r33=12pm/V,λmax=587nm,Td=258℃),发色团5a不但表现出增强的电光活性,而且热稳定性和光学透明性均较好。 2.首次设计合成了在给体端有苯并噻吩结构的发色团A和B。这两个发色团的电子给体和受体分别为N,N-二己氨基苯并噻吩和TCF,不同的是发色团A的电子桥为乙烯基,发色团B的电子桥为噻吩乙烯基。当它们分别以20%wt的量掺杂在APC中时,发色团A的r33为42pm/V,发色团B的r33为75 pm/V。它们在氯仿中的最大紫外吸收分别658nm和688nm。和FTC(r33=20-50pm/V,在氯仿中λmax=685nm)发色团相比,发色团B表现出增强的电光系数和高的光吸收能带。因此,这样新的设计发色团的方法为平衡电光材料非线性和光学透明性之间的关系提供了一种简单的路径。 3.通过对1,1,7,7-四甲基-8-羟基-9-醛基久洛尼定上的一系列反应合成了新的给体1,1,7,7-四甲基久洛尼定并呋喃。用该给体合成了发色团C,同时作为比较,我们也合成了单纯用1,1,7,7-四甲基-8-羟基-9-醛基久洛尼定为电子给体的发色团D。理论计算和实验表明苯并呋喃在影响偶极发色团的线性和非线性性质方面起到了很大的作用。电化学结果显示发色团D的能隙差为1.28eV,发色团C中因为苯并呋喃环的存在其能隙差降至1.14eV。发色团C也比发色团D更容易极化,有较好的电子传输效率。另外,发色团C获得了52pm/V的电光系数,高于发色团D的35 pm/V,提高了近48%。这两个发色团的分解温度均在229℃以上,表现出良好的热稳定性。新合成的电子给体有效地结合了1,1,7,7-四甲基久洛尼定强给电子能力和苯并呋喃良好共平面性两方面的优势,为设计合成新的性能更好的发色团分子提供了新的思路。 4.在前一章合成的1,1,7,7-四甲基久洛尼定并呋喃电子给体基础上,我们合成了以呋喃和噻吩为电子桥的发色团E和F,电子受体均为TCF。对发色团E和F的电化学性质测定发现,发色团E的能隙差为0.75eV,比发色团F的0.85 eV低,计算得到的能隙差趋势也是一样的。发色团E的β0为1354.9×1030esu,发色团F的为995.3×10-30esu,电子桥由噻吩取代呋喃后,发色团的β0提高了近35%。但这两个发色团的分解温度均较低,分别为130℃和105℃。发色团的电子桥从噻吩换成呋喃后不但获得了更高的β0而且还有更高的分解温度。虽然两个发色团较差的热稳定性限制了它们进一步的加工和应用,但是这项工作在后续用1,1,7,7-四甲基久洛尼定并呋喃为电子给体,呋喃为电子桥合成其它性能优异的发色团方面具有实际的指导意义。