二十一世纪是信息时代，而支持信息发展的基础是光电功能材料的研究与开发。光子与电子的耦合行为及其诱发的化学、物理和生物过程，以及衍生出的高新技术已成为新世纪学术界和产业界最令人关注的领域之一。从科学与技术的发展来看，光电功能材料是材料科学与信息科学两个学科交叉所形成的产物，其战略地位是显而易见的。近年来高性能、多用途的光功能材料的研究已经引起了国内外科研工作者的广泛关注，获得了蓬勃的发展。在这众多的光功能材料中，新型光致变色材料，由于其在信息显示、高密度光存储、智能窗口、传感器和调光材料等领域有着诱人的应用前景而倍受关注。本论文的主要着眼点仍然是利用光致变色材料来设计开关体系。本论文试图省却繁杂的合成步骤，利用合成于段比较成熟的传统螺吡喃和螺噁嗪分子，研究了其在特殊环境下(水和纳米尺度)的变色过程，并根据其开闭环过程的物理化学性质，成功构建了一系列新型的变色体系，在分子识别、多色调控和光信息存储方面取得了一定的进展。具体如下：　　 1.在螺吡喃母体上增加一个水溶性的羧酸基团，利用碱性氨基酸在纯水中能诱导其开环、使溶液由无色变为红色的特性，实现了对碱性氨基酸的原位识别。这个方法简单易行：只需把螺吡喃和碱性氨基酸放于暗处几个小时，肉眼观察其颜色变化即可。　　 2.根据水对质子化部花菁的特殊作用，提出了水致变色的概念。质子化部花菁随着水的浓度的增大，呈现出由红色、紫色到蓝色的一系列颜色变化，且水致变色产物的吸收强度随着水的浓度成线性变化，可用来发展水的传感器。　　 3.根据螺吡喃开环后偶极矩的提高，实现了对离子性磺酸基卟啉(TPPS)单体-聚集体间的可调控转化。TPPS聚集会导致其荧光的淬灭，因此单体-聚集体的相互转化就是体系的荧光开关的过程。这个体系有两个优点：一是虽然螺吡喃和卟啉是简单的物理混合，荧光对比度高达70％；二是基于单体-聚集体相互转化基础上的荧光开关，这为荧光开关的设计提供了一种新思路。　　 4.用再沉淀方法制备了螺噁嗪开闭环体的纳米颗粒，发现闭环体聚集后有聚集导致荧光增强现象(Aggregation induced emission,AIE)，具体说荧光增强了240多倍；而开环体聚集后寿命延长了600多倍。