有机半导体材料是具有半导体性质的有机材料,已经成为21世纪先进功能材料的研究热点之一。有机发光材料是研究最为广泛的有机半导体材料,它们在有机发光二极管,有机场效应晶体管,有机激光和传感器等方面展现了巨大的应用前景,受到学术界及产业界的广泛关注。然而,大部分传统的有机发光材料在聚集状态下存在聚集导致发光猝灭（ACQ）问题,这一定程度上限制了这类材料的功能性应用效果和范围。聚集诱导发光（AIE）概念自2001年被唐本忠教授首次提出以来就受到了国内外同行的普遍关注,为解决了ACQ问题提供了新的思路,目前已经发展成为一个由我国科学家原创并引领的国际前沿领域。AIE研究迅猛发展,在全球范围内已经掀起了一股研究热潮。即便如此,AIE研究仍然存在一些未解决的基本科学问题和挑战,比如AIE现象的内在机制还需要进一步证实和深入理解,AIE新材料和新技术的开发与应用研究有待进一步突破。在该科研背景下,本论文的研究目标是开发新的AIE体系和新功能,比如研究空间共轭对AIE分子电输运性能的影响,在此基础上设计制备高效固态发光的多功能AIE材料,并探究其在光电器件及生物成像等领域的应用。在第二和第三章中,基于具有AIE特性的六苯基苯体系设计制备了一类具有空间共轭作用的有机单分子导线,并提出了价键共轭与空间共轭协同作用的多通道单分子导线模型。相对于传统的价键共轭分子导线,该类具有空间共轭作用的多通道单分子导线对电导能力的提高有极大的促进作用。基于六苯基苯的多通道单分子导线的导电能力比相应的价键共轭的直线型分子导线提高了很多倍。同时,给电子基甲氧基的引入,不仅可以增加整个体系的空间共轭程度,还可以有效的提高单分子导线的导电能力。此外,还研究了不同锚定基团对该类多通道单分子导线的电输运性能的影响。同时具有价键共轭和空间共轭的多通道单分子导线对于了解生物复杂体系的氧化还原过程、DNA分子中电信号的传输及有机光电器件中载流子的输运提供了新的模型。在第四章中,将富电子的噻吩环引入到六苯基苯体系中,构建了一类新型的具有AIE性能和空间共轭作用的六芳基苯有机单分子导线。噻吩环的引入不仅增加了六芳基苯的电子云密度,从而有效提高了空间共轭作用,使得单分子导线的电导性能得到提高。相对于六苯基苯单分子导线,该类分子导线对电导能力的提高有明显的促进作用。因此,这一类六芳基苯衍生物为设计合成高电导的单分子导线提供了新思路。在第五章中,基于磷哚氧化物/苯并氧化噻吩制备了新型AIE分子,并通过晶体学、光谱学和理论计算对其结构和光谱性质进行了详细的表征。研究发现,磷哚氧化物和苯并氧化噻吩核心与给体基团噻吩之间链接位置和方式的不同会导致不同的分子扭曲程度,进而会影响分子的光物理性质。这些发光物质在稀溶液中发光很弱,但是当分子发生聚集之后,发光会明显增强,展现了明显的AIE特性。两类分子都具有可逆的光致变色行为,是一类有效的分子开光。优异的光致发光和光致变色性能赋予这两类分子在光电器件和分子转换器等方面良好的应用前景。在第六章和第七章中,对基于苯并氧化噻吩的AIE体系进行了拓展,开发了具有强吸电子性能的苯并氧化二噻吩AIE核心基元,得到了高效红光/近红外材料。通过引入不同的给电子基团调控分子发光波长,并通过晶体学、光谱学、理论计算、电化学等手段对其结构与性质的关系进行了详细的研究。这些新型AIE分子不仅具有高效的固态红色/近红外发光,还具有优异的双光子吸收性能和诱导产生活性氧的能力。以这些分子为发光层制备的非掺杂溶液加工OLED的最大亮度达到13092 cd m^-2,最大电流效率和最大外量子效率分别为19.67 cd A^-1和5.83%。在第八章中,设计合成了一系列基于苯并氧化二噻吩的近红外材料,并对其结构及性质进行了详细表征。这些材料不仅具有AIE特性,还存在局域电荷转移杂化态。通过晶体学、光谱学、电化学及理论计算等手段说明了基于苯并氧化二噻吩（氧化后）的分子相对于基于苯并二噻吩（未氧化）的分子具有更红的发光、更高的发光效率、更低的能级、更大的双光子吸收截面及更强产生活性氧的能力。此外,基于TPA-BDTO的纳米粒子具有高的光稳定性及生物兼容性,并且在光动力学杀伤癌细胞及双光子血管成像中展示了巨大的应用前景。