线性多烯分子是一个具有共轭碳碳(CC)双键链状结构的分子,其有非线性系数大、光电响应快等特性,因此,它在研制高质量半导体、分子导线、高速光电开关、干电池等方面有重要的应用。β-胡萝卜素分子是具有共轭π电子结构的短直链多烯分子,它是研究线性多烯π共轭特性的理想分子,在纳米材料和医学中都有重要的应用。而电子-声子耦合是电子跃迁过程和拉曼散射过程中重要的物理量,其耦合系数可以表征多烯分子有效共轭长度的大小、π电子离域的程度、拉曼散射的强度、拉曼光谱的线宽和频移等。众所周知,很多物理过程、生物过程,以及化学过程都受外界温度的影响。因此,研究不同温度下β-胡萝卜素分子的电子和声子的耦合情况,对进一步研究多烯分子的光电性质有重要价值。本论文应用有效共轭长度模型、相干弱阻尼电子-晶格振动模型、振幅模型等理论,以吸收光谱和共振拉曼为主要技术,计算了β-胡萝卜素分子在液、固及固液相变环境下的黄昆因子及电子-声子耦合系数,并研究其变化规律及温度特性。本文分别研究了:β-胡萝卜素分子在不同温度(68-26℃)和不同溶剂(极性和非极性)下的黄昆因子和有量纲的电子-声子耦合系数;样品溶液中的β-胡萝卜素分子分别在极性溶剂和非极性溶剂中,液、固及相变环境下的光谱的温度特性;β-胡萝卜素分子一阶和二阶无量纲的电子-声子耦合系数,以及其对光谱的强度、线宽、频移、线型等的影响,通过测量相变条件下的β-胡萝卜素溶解在环己醇中的紫外-可见吸收与共振拉曼光谱,进一步研究电子-声子耦合作用下溶液相变对分子的影响。取得的创新成果如下:1.外界环境中温度及溶剂效应对类胡萝卜素分子结构有序有重要影响。π电子离域扩展有益于分子结构有序性提高,外场影响分子的π电子离域、黄昆因子及电子-声子耦合。我们测得了温度68-26℃范围内全反式β-胡萝卜素分子的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱。得到随着温度的降低,分子的热无序减小,分子的结构有序性增加,有效共轭长度增加,从而紫外-可见吸收光谱红移;相干弱阻尼电子-晶格振动增强,拉曼散射截面增加;黄昆因子,碳碳单键(C-C)和碳碳双键(C=C)的电子-声子耦合系数减小。另外,β-胡萝卜素分子在极性和非极性溶剂影响的不同分子结构有序度中,其分子的光学特性不同。当溶质处于非极性溶剂中时,分子间相互作用力小,这增加了分子的结构有序度,使分子的有效共轭长度变大,π电子离域得到扩展,减小了电子-声子耦合,增强了相干弱阻尼电子-晶格振动,产生强的拉曼活性。当溶质分子处于极性溶剂中时,溶质与溶剂间产生的静电作用使β-胡萝卜素分子的结构有序性变差,有效共轭长度变小,π电子离域受阻,电子-声子耦合增大,拉曼活性变差。2.分别测量相变条件下β-胡萝卜素分子溶解在极性溶剂和非极性溶剂中的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱,比较溶液中样品分别在液、固及相变环境下吸收光谱,以及拉曼光谱中基频、和频和倍频的拉曼线随温度的变化。测量结果得到:β-胡萝卜素分子处于非极性溶剂1,2-二氯乙烷中时,在液态和固态区间,由于分子结构有序性增加,π电子离域扩展,相干弱阻尼电子晶格振动增强,使拉曼散射截面增加,而在相变区间,分子结构有序性降低,相干弱阻尼电子晶格振动减弱,共振效应减弱,拉曼散射截面减小。而当β-胡萝卜素分子处于极性溶剂环己醇中时,随着温度的降低,当温度达到溶液的相变点时,溶液迅速由液态转为固态。由于多烯分子的构型变化特征能ε不同,即固相中的值比液相中的大,导致分子在固相中的有效共轭长度大,这使得分子在固相中的π电子能隙变化量也大,对CC键的调制作用强。因此,随着温度的降低,固相中随电子能隙变化的电子-振动耦合系数、拉曼截面等光学参量都比液相中的变化大。3.电子-声子耦合对各类分子光谱(紫外-可见、发光、拉曼、红外等)的作用都与直链多烯分子的结构及Peierls能隙有关,它支配各种光谱的强度、线宽、频移、线型。一阶电子-声子耦合系数的大小影响拉曼光谱中基频模的变化,二阶电子-声子耦合的大小影响和频和倍频模的变化。测量了β-胡萝卜素在环己醇中345-295K温度范围的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱,分别计算了分子一阶和二阶的电子-声子耦合系数,获得二阶的电子-声子耦合系数随温度的相对变化大于一阶的电子-声子耦合系数随温度的变化。线性多烯分子的共振拉曼光谱是π电子能隙对CC键振动调制的结果。因此,随着温度的降低,CC键倍频(和频)模的红移变化量、拉曼峰的强度、半高宽随温度的变化都大于基频模随温度的变化。我们通过测量β-胡萝卜素溶解在环己醇中65-2℃温度范围内的紫外-可见吸收与共振拉曼光谱,进一步研究了相变条件下电子-声子耦合对分子的影响。获得随温度降低,相变后电子-声子耦合作用加大,即使得电子能隙对CC键振动的调制作用增强。因此,相变后光谱发生红移速度加大、拉曼散射截面大幅度增加和线宽迅速变窄的现象。随着材料、电子、计算机等科学的飞速发展,迫切需要对这种具有共轭π电子的多烯分子进行开发和明确其机构、性能及外场中变化的研究。因此,比较β-胡萝卜素分子分别处在液、固,以及相变时的吸收光谱和共振拉曼光谱,初步探讨相变对多烯分子电子-声子耦合的影响,以及分子在电子-声子耦合作用下光谱的变化规律,极大的丰富了多烯分子光谱学方面的内容,同时也为研制高性能光电材料提供相应的依据和参考。