激发态诱导的晶体内分子运动的研究

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刺激响应材料能够感知外界刺激(如热、磁、电、光、机械力等),并通过构象转变、动态共价化学和非共价相互作用等多种途径将外部施加的刺激转换为自身结构或性能的改变,在智能材料领域展现出巨大的应用前景。其中,刺激响应发光材料是指在外界刺激下,发光颜色或明暗状态发生改变的发光材料。由于刺激响应发光材料独特的性质和在先进光电功能材料领域良好的应用前景而备受人们关注。但是,已报道的刺激响应发光材料大多数是在机械力刺激下其发光颜色或明暗状态发生改变,且往往需要另外一种刺激才能返回初态,其转化过程难以精准控制并且会损坏材料。因此,急需开发出新型的刺激响应发光材料。为了得到新型的刺激响应发光材料。本课题决定以不同的光源作为外界刺激,研究晶体/固体状态下的刺激响应发光行为。最终,选取偶氮苯分子(光致可逆异构化特性的有机光开关)和四苯基乙烯分子(具有螺旋桨状的空间构型,典型的AIE分子)为底物,通过Mills偶联反应或Suzuki偶联反应制备出六种不同的偶氮苯衍生物。在确定产物的分子结构后,对产物的发光行为进行了研究。观察到单取代产物1-ABHO明显的室温光致发光现象以及大多数产物在77 K温度下的光致发光现象。产物在室温和77 K温度下的光致发光谱图进一步证明了产物的发光行为。为了对难以观察到偶氮苯衍生物室温光致发光的原因给出合理的解释,又测试了产物在不同极性溶剂中的紫外-可见光吸收并且进行了理论计算。结合现有的理论知识和对测试结果的分析,将难以观察到偶氮苯衍生物室温光致发光的原因归结为:偶氮苯的顺反异构化和系间窜越。为了检验产物的光刺激响应行为,分别用365 nm紫外光和可见光(波长400 nm~800 nm)对产物的溶液和旋涂法得到的薄膜进行照射,观察其紫外吸收的变化情况。在分别经过365 nm紫外光和可见光照射后,偶氮苯特征吸收区的紫外吸收会产生明显程度的变化与恢复。证明不同光源照射后,产物可以进行溶液和薄膜/固体状态下的可逆顺反异构化。通过偏振光学显微镜观察到经过365 nm紫外光和可见光照射后晶体双折射先减弱后增强的变化,证明了产物在不同光源刺激后可以进行晶体状态下的可逆顺反异构化。通过本课题的研究,我们得到了鲜有报道的单分子偶氮苯衍生物的室温光致发光,目前,关于偶氮苯衍生物光致发光的报道较少且主要集中在聚合物体系;同时,得到了固体和晶体状态下对紫外光源和可见光源具有刺激响应的全新的偶氮苯衍生物;丰富了偶氮苯分子体系和刺激响应分子体系,加深了对刺激响应机理的研究,为刺激响应发光材料领域的发展积累了宝贵的经验。
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