苝酰亚胺类(PDI)化合物具有良好的光、热和化学稳定性,较宽的可见光吸收、极强的荧光发射,在化学传感器、转光材料、荧光传感材料和太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。该类化合物在稀溶液中荧光很强,量子产率接近100%,但在浓溶液特别是固态下,会因自身聚集而导致荧光严重猝灭,影响其在荧光功能材料领域的应用。本研究组的前期研究显示,笼状硅氧烷齐聚物POSS双侧取代PDI(PPP)在晶体状态时有着独特的堆积状态：以二聚体为基元且π-π相互作用是非连续的,从而具有很强的荧光发射能力,其荧光量子产率(Φf)达48.3%,是一种性能十分优异的荧光功能添加剂,但其沉淀粉末的Φf降低到16.8%,因而研究其与聚合物复合时的自组装行为及其与荧光发射效率的关系具有重要的理论和应用价值。为此,本文重点研究聚合物的成型加工工艺、聚合物的结晶行为、聚合物基体与PPP间的相互作用对其自组装行为及其与荧光发射效率的影响,并对比研究了POSS不对称取代苝酰亚胺衍生物,POSS与羟基取代(PPOH), POSS与甲氧基取代(PPOCH3)掺杂于聚合物中的光物理特性。主要研究结果如下：1.研究了PPP在典型溶剂中光物理特性与浓度的依赖关系以及旋涂膜中的光物理特性,并且比较分析了它们与典型固相聚集态：晶体和沉淀粉末的异同,以为聚合物/PPP复合体系的研究提供参考。PPP在良溶剂氯仿中呈单分子吸收和发射特征：具有三个吸收峰分别在525nm,488nm,457nm,其0-1电子跃迁吸收峰强度与0-0电子跃迁吸收峰强度比值(εo-1/εo-o)为0.60：特征荧光发射为0-0辐射跃迁在533nm处。在不良溶剂正己醇中,浓度增大至5.0×10-4mol·L-1时,ε0-1/ε0-0的值略有增大(0.71),并且出现了聚集体的发射峰,该峰在626nm处且与晶体发射峰的位置基本相同,表明该聚集体是以二聚体为基元进行聚集且二聚体间的π-π相互作用与晶体中的类似；PPP在固态旋涂膜中呈现二聚体的光物理特征：具有三个吸收峰分别在533nm,491nm,463nm,ε0-1/ε0-0为1.43大于1；其荧光发射峰红移到640nm左右,Φf降低到25%左右,表明旋涂膜中聚集体的基元仍是二聚体,但二聚体间存在一定的π-π相互作用而使得其发射峰红移和荧光量子产率降低。2.通过平板硫化的方法制备了LLDPE/PPP复合薄膜,研究了PPP含量、熔融温度、淬火温度、退火温度等加工工艺对复合薄膜光物理性能的影响。结果表明,随着PPP质量分数的增大,光物理特性由单分子态特征向聚集体特征逐渐转变,荧光量子产率由55.7%减小到20.1%,其中PPP质量分数为0.20%的复合薄膜(LLDPE/PPP-0.20)的Φf为30.0%。对形成聚集体的薄膜样品再经一定温度熔融处理后液氮淬冷,发现当温度从130℃增大到210℃时,LLDPE/PPP-0.20的光谱特性呈现聚集体逐渐解离为单分子态的吸收和发射特性,ε0-1/ε0-0为0.80,荧光量子产率由17.8%增大到28.4%。说明此时PE分子链与PPP间的相互作用可以使PPP聚集体解聚,该薄膜可被视为PPP的PE固态溶液。将薄膜在190℃熔融后在不同温度淬火,LLDPE/PPP-0.20对淬火处理敏感,尤其在110℃淬火时,Φf由30.0%减低到15.3%。将190℃熔融加工并液氮淬冷的薄膜,放在热台上于不同温度退火,退火使得PPP聚集体比例增大,LLDPE/PPP-0.20的Φf降低到14.2%。3.通过刮膜法和旋涂法等溶液加工的方式制备了几种聚合物(聚甲基丙烯酸甲脂PMMA,聚碳酸酯PC,聚苯乙烯PS,3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物PHBV,间规聚苯乙烯SPS)/PPP复合薄膜,研究了不同复合体系的光物理特性。结果表明,两种方法制备的薄膜光物理特性基本相同。不含π键的非晶聚合物PMMA体系,当PPP质量分数小于0.05%时,呈现单分子的特性,当PPP质量分数增大到0.80%时,ε0-1/ε0-0逐渐由0.82增大到1.20,聚集体的荧光发射峰红移到630nm,说明这一过程二聚体比例增大；当PPP质量分数进一步增大到20%,荧光发射峰红移到636nm。PMMA/PPP-0.20的Φf为27.7%。主链含π键的聚合物PC体系,其光物理特性与PMMA体系较为相似,PC/PPP-0.20的Φf为35.8%。侧链含π键的PS体系,明显表现出单分子光物理特性,PS/PPP-0.20发射绿光,且具有较高的Φf为54.4%。不含π键的结晶聚合物PHBV体系,结晶过程将PPP排挤在晶区以外,使得PPP极易形成聚集体,PHBV/PPP-0.05已经呈现出聚集体发射的红光,PHBV/PPP-0.20的Φf为21.4%。含π键的结晶聚合物SPS体系,在π键与结晶的共同作用下,使得PPP聚集体具有晶体的特征,SPS/PPP-0.20发射红光,也具有较高的Φf为49.3%。4.研究了PMMA与(PPOH, PPOCH3)复合薄膜的光物理特性,与PMMA/PPP对比研究苝酰亚胺侧基不同对复合薄膜光物理性能的影响。结果表明,当PPOH质量分数低于1.60%时,PMMA/PPOH复合薄膜光物理特性与PMMA/PPP基本相似,说明在较低POSS-PDIs质量分数时,不同大小的侧基对聚集程度影响相似。当PPOH质量分数大于5%时,其荧光发射峰红移到649nm,说明单取代POSS的位阻较小,当PPOH质量分数很大时,非连续π-π相互作用进一步增大。PMMA/PPOCH3复合薄膜与PMMA/PPOH复合薄膜光物理特性基本一致,说明在聚合物基体为PMMA时,不同的小分子侧基对POSS-PDIs的自组装行为的影响相似。随着染料质量分数增大,其荧光量子产率减小到3%,低于PPP,这是由于其二聚体与二聚体相互作用较大,荧光发射减弱。PMMA/PPOH-0.20与PMMA/PPOCH3的Φf都为30%左右。