聚氨酯材料具有化学结构易于调整,链灵活性好等优点,在光电传感等领域具有重要的学术研究及应用价值。基于传统共轭发色团的聚合物发光材料普遍面临着一个难以解决的问题,即聚集会导致这类材料的发光发生淬灭的现象,这种现象会导致发光材料在浓溶液或者固体状态下的发光效率大大降低,从而大大限制这类材料的实际应用。如何通过分子设计获得在固态（或聚集态）下具有优异的光物理性质的发光材料,实现其在大面积柔性光电器件,机械刺激响应等智能化领域中的广泛应用是目前聚合物发光材料研究领域中面临的巨大挑战。目前,虽然已经有了很多提高体系聚集能力的策略,但是在溶液态下的聚集大多是被动的,是将不良溶剂作为聚集驱动力而获得的,这种被动的聚集方式对于提高体系的发光性能来说仍然存在许多的局限性。首先,在比较松散的聚集构象下,发色团很难发挥出最大程度的发光行为。其次,在实际应用中这种聚集易于被解体,导致发光强度大大降低甚至淬灭。针对这些问题,本论文充分利用聚氨酯主链上的氨基甲酸酯基团（-NH-COO-）重复单元,构筑了定向氢键相互作用,使聚氨酯分子链在不依靠外力的条件下,通过自组装过程主动聚集,从而得到高效发光的聚氨酯衍生物。通过这种策略得到的材料在实际应用中聚集构象稳定,不易被解体,可以最大程度的发挥出发光性能。本篇论文围绕光致发光的聚氨酯衍生物的设计与合成,深入系统的研究了这些聚氨酯衍生物发光材料的发光机理、光学响应过程以及响应机理。研究内容如下:1.设计并合成了一系列同时具有聚集诱导发光性质（AIE）和低温超长寿命磷光（LPL）性质的发光聚氨酯衍生物。稳态光物理数据、时间分辨发射光谱、磷光寿命衰减曲线等实验数据证明,在聚集状态下聚氨酯分子链的相互纠缠使其分子间、分子内形成羰基团簇,羰基团簇中孤对电子的空间共轭有利于聚氨酯分子链的构象趋于稳定,较小的单线态-三线态能隙促进了单线态与三线态之间发生隙间穿越和反向隙间穿越过程,进而实现了激子寿命延长,这是此类材料同时具有AIE和LPL性质的根本原因。此外,本工作还制备了基于发光聚氨酯衍生物的发光二极管,实现肉眼可观察到的超过7秒的低温余辉性能。本工作为设计合成具有AIE和LPL性质的聚合物发光材料提供了新策略,在很大程度上提升了发光聚氨酯衍生物在光电子领域中的应用潜力。2.设计并构筑了一种具有超分子凝胶网络结构的发光聚氨酯凝胶材料OUA-gel。将化学结构类似螺旋桨形状的金精三羧酸单体插入聚氨酯主链中,利用金精三羧酸分子结构中的三个羧基实现多重氢键分子间相互作用,进而形成紧密连接的聚氨酯分子链,赋予OUA-gel分子链高度扭曲的构象,使其对不同程度的机械刺激显示不同的荧光变化,这些荧光变化可以轻易的用肉眼区分出来。在不同程度机械力的刺激下,凝胶分子OUA-gel呈现出不同颜色的荧光响应。其内在机理在于OUA-gel的分子构象在机械力刺激下发生的从无定形到晶态的缓慢转变。本工作有助于深入理解凝胶材料局部构象和整体发光性质之间的内在关系,加深了对软材料多色发光机理的理解,推动了先进智能材料的分子设计进程。3.设计并合成了一系列性能优异的深蓝光AIE聚氨酯凝胶发光材料OUHDI、OUHMDI和OUTDI。荧光光谱、透射电子显微镜图像、傅立叶红外光谱和流变学等实验数据证明了聚氨酯分子链通过氢键相互作用逐步自组装形成了纳米管状结构。由于分子间、分子内氢键相互作用和其他非共价作用力的存在,离散的羰基单元发生聚集形成大小不同的羰基团簇,最终产生有利于发光的多种团簇聚集体。羰基团簇、链间氢键相互作用和杂原子的引入共同增强了聚氨酯衍生物在聚集态下的光物理性质,使聚氨酯衍生物在自组装凝胶状态下呈现深蓝色发射,且力学性能得到了增强。本文成功的将深蓝色发射的聚氨酯凝胶材料应用于粘性涂层、透明薄膜和荧光模型的制备。这些物理交联型发光聚氨酯凝胶具有高度可加工性,在大面积发光涂层、高级复合材料、固态照明和热传感等实际应用领域将有广泛的发展前景。本项工作提供了设计深蓝色发光聚氨酯材料的新策略,证明了聚氨酯衍生物发光材料在高质量显示器等方面的实际应用潜力。4.通过控制聚氨酯主链中发色团的共轭长度,系统地调节发光聚氨酯衍生物的能量间隙,设计并合成了一系列红绿蓝三原色荧光聚氨酯衍生物。粉末X射线衍射、傅立叶红外光谱、扫描电子显微镜图像和荧光光谱等实验数据证明了体系中存在的分子间、分子内氢键的相互作用驱动聚氨酯自组装凝胶化,使柔性链相互缠绕和延伸,由此带来了更紧密的分子链间纠缠和聚集,使发色团分子间距离减小,最终形成了扩展的网状结构。这种带有孔洞的网状微观结构会使发色团之间产生F?rster共振能量转移。根据三原色原理和物理交联型凝胶的动态特性,精确控制OUB、OUG、OUR的化学计量,成功制备了白光发射器件（CIE:0.35,0.33）。本项工作将非传统发光材料优异的光物理性能与凝胶材料优异的粘弹性有机结合,展示了具有优异的溶液可加工性、触变性、易涂覆和可调谐的光学特性的发光聚氨酯凝胶材料,证明了聚氨酯衍生物发光材料作为新一代智能材料在发光器件,大面积涂覆,柔性设备等领域中具有的应用潜力。5.设计并合成了一系列荧光聚氨酯衍生物PUDA、PUH和PUD。PUDA、PUH和PUD对2,4,6-三硝基苯酚（TNP）表现出高选择性和高灵敏度的荧光淬灭响应。荧光光谱、紫外吸收光谱和循环伏安测试等实验数据证明在荧光淬灭过程中静态/动态淬灭过程共存,同时证明了这些发光聚氨酯衍生物对TNP的荧光淬灭响应传感机制是内滤效应、F?rster共振能量转移和光诱导电子转移效应这三者的有机组合。此外,本文利用荧光聚氨酯衍生物制备了一种可视检测TNP简易试纸,该试纸的最低检测限低达10-10M,0.229 ag/cm~2。本项工作提供了一种简单、成本低、高效的用于爆炸物TNP检测的聚合物发光材料,有利于促进发光聚氨酯衍生物在快速检测领域的实际应用。