新型有机二阶非线性光学发色团的合成和性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ming20080904
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作为电光材料和器件的核心组成部分,有机二阶非线性光学发色团正受到越来越多科研人员的关注。因此,发色团的设计和合成在非线性光学领域具有重要意义。要想得到高性能的电光材料,必须解决以下问题:1)降低发色团之间的偶极-偶极相互作用,抑制发色团的聚集;2)提高发色团的电光性能;3)提高发色团的稳定性。  基于以上问题,本论文在发色团给体端和电子桥上做了多种探索和尝试,设计合成了一系列发色团分子,旨在提高发色团的稳定性和电光性能。现对本文总结如下:  1)采用久洛尼定为电子给体、噻吩为电子桥、TCF为电子受体,通过在给体端引入不同链长的烷氧链,设计合成了发色团ZR1-ZR3,研究不同链长的烷氧链对发色团性能的影响。发色团的结构优化和UV-vis测试表明,处于邻位的烷氧链可以起到辅助电子给体和位阻基团的作用,可以有效减小发色团之间偶极-偶极相互作用,并且烷氧链越长辅助给电子效应和位阻效应越明显。发色团ZR2和ZR3由于具有较长的烷氧链,因此其电光性能比发色团ZR1好。电光性能测试表明,20 wt%的ZR2/APC和ZR3/APC的电光系数分别为62 pm/V和65 pm/V,而同样浓度的ZR1/APC的电光系数只有48 pm/V。本工作对设计新发色团、抑制发色团聚集具有实际指导意义。  2)首次设计合成了以芴作为电子给体、噻吩和异佛尔酮为电子桥、TCF为电子受体的新型发色团C1和C2。热稳定性测试表明,发色团C1和C2都有良好的热稳定性,它们的分解温度都在240℃以上。25 wt% C1-APC和25 wt%C2-APC的电光系数达到最大值,分别为22 pm/V和40 pm/V,可以看出,发色团C2具有比发色团C1更好的电光性能,有利于在电光器件中进一步应用。  3)本工作首次设计合成了以苯并惡嗪和苯并噻嗪为电子给体、噻吩为电子桥、TCF为电子受体的发色团Z1和Z2。热稳定性测试表明,发色团Z2的分解温度仅为115℃,限制了它的进一步应用。UV-vis、DFT理论计算和电化学分析测试表明,以苯并惡嗪为给体的发色团Z1比以苯并噻嗪为给体的发色团Z2具有更小的电子能级差。电光性能测试表明,25 wt%的Z1-PMMA的电光系数取得最大值64 pm/V。良好的电光性能和热稳定性(Td=221℃)使发色团Z1有进一步应用的潜力。而发色团Z2由于给体端C-S键的不稳定,导致发色团不稳定,无法进一步应用,因此本工作对发色团给体端的设计具有指导作用。  4)首次设计合成了以苯胺为电子给体、环戊酮并二噻吩为电子桥、TCF为受体的发色团R2。实验表明,在引入了环戊酮并二噻吩电子桥后,发色团的热稳定性(Td=274℃)和电光性能都得到了较大提升,其电子能级差也降低了很多。电光性能测试表明,25 wt%的R2-APC的电光系数取得最大值60 pm/V。电光性能衰减测试表明,25 wt%的R2-APC在经过500 h的退火处理后,其电光系数可以保持初始值的85%,表现出非常好的稳定性。本工作对发色团电子桥的设计及提高发色团稳定性方面具有实际指导意义。
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