光响应性发光液晶材料的制备及偏振荧光性能的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baoxiuli
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近年来,可控的偏振发光因其在3D光学显示、光学加密与防伪、光学数据存储以及光电器件等领域的潜在应用价值,引起了科研工作者们极大的研究兴趣并迅速发展成为光学领域的研究热点。众所周知,α-氰基取代二芳基乙烯类荧光分子构筑的新型非手性或手性功能材料,不仅具有高效的发光特性、典型的聚集诱导荧光增强效应等优异的光学性能,还具有灵敏的刺激响应性能,因此这类荧光分子无论是在线偏振发光(linearly polarized luminescence,LPL)方面还是在圆偏振发光(circularly polarized luminescence,CPL)方面都展现出了独特的优势和无穷的魅力。本文设计并合成了一系列新颖的α-氰基取代二芳基乙烯类荧光光开关,进一步构筑了相应的具有偏振发光性能的液晶(Liquid Crystal,LC)体系,并对它们的光响应性能、偏振荧光性能及相关应用进行了系统的探究。1.设计并合成了一种具有光致异构性能及线偏振发光特性的新型非手性α-氰基取代二芳基乙烯类荧光光开关(DCN-M),并将其掺入液晶体系通过光聚合得到液晶聚合物薄膜。基于DCN-M分子的荧光二向色性及其与液晶分子的协同取向作用,我们采用光取向技术通过调控液晶混合体系的分子取向来制备第一种线偏振荧光模式图案;其次,基于DCN-M分子的Z/E光致异构转变引起的荧光强度减弱这一特性来获取第二种光致异构模式的荧光图案,最终在同一液晶聚合物薄膜上获得双重模式的荧光图案,分别可在线偏振的和线性非偏振的紫外光下读取,从而达到信息保护的目的。除此之外,为了方便将其投入到应用领域,进一步在柔性基板上制备了高分辨率的双模式荧光图案,使其有望应用于信息防伪及高级加密等方面。2.设计并合成了两个以联萘和单氰基乙烯为中心骨架,端基分别为供电子基和拉电子基的手性荧光光开关分子即switch 1和switch 2,对其结构以及光物理性能进行了全面的探究。研究结果表明,两个分子在四氢呋喃中均具有良好的溶解性,并且能够在蓝光和紫外光的照射下发生可逆的Z/E异构化,且具有良好的耐疲劳性。其次,将两个分子分别掺入液晶小分子体系来制备胆甾相液晶器件,并探究它们的手性诱导能力及圆偏振荧光发射的光响应性能。结果表明二者均具有较强的手性诱导能力和光响应性。但是通过对比发现,switch 1所构筑的液晶体系在初始态时的螺旋扭曲力(Helical Twisting Power,HTP)值非常小,在较低的浓度(0.2 wt%)下,液晶的HTP值趋近于零,在UV光或蓝光的照射下HTP值大幅度增加,这样就实现了从向列相到胆甾相的转变,从而进一步实现了从LPL到CPL的光切换。3.设计并合成了两个新型手性为S的α-氰芪取代二芳基乙烯类荧光氢键受体分子(acceptor 1和acceptor 2),二者的本质区别是碳碳双键上的氰基位置不同。其次,合成了一个以联萘为手性源(R)、与受体分子手性相反无荧光的氢键给体分子,最终利用氢键组装的方法构建了两个氢键型手性荧光光开关,即(R,S,R)-switch 1和(R,S,R)-switch 2。之后对两个氢键型手性荧光光开关分子的结构性能和在溶液态以及液晶体系的光响应性能进行表征分析。通过对比发现,两个光开关分子均具有良好的光响应性能,而且可以使用365 nm和450 nm两种波长的光来定量地控制它们的光致异构化程度。有趣的是,基于这一特性,我们在(R,S,R)-switch 2所构筑的液晶体系里实现了CPL强度的调控;在(R,S,R)-switch1所构筑的液晶体系中同时实现了CPL信号的手性消失以及手性翻转,展示出更为多样性的调控性能,并利用此特点进一步构建了多模式偏振荧光二进制编码图案。本论文中,通过对上述合成的一系列新型荧光开关分子的光响应性能表征分析,我们成功构建了三类不同的偏振发光液晶体系,实现了多模式的偏振荧光的光调控。本研究工作为信息存储和信息加密用偏振荧光材料的研究提供了新的思路。
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