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与无机材料相比,有机电光材料具有电光系数大,响应速度快,成本低且易于加工等方面的优势,但是想要投入到实际的生产应用中,依然存在一些问题需要我们克服:一是核心组成发色团分子要具有高的微观一阶超极化率(β);二是要保证将发色团的β能有效地转化成材料的宏观电光活性(r33)。传统的有机二阶非线性发色团结构大都是棒状结构,在外加电场极化过程中很容易形成“头尾”二聚体而使极化效率降低,从而导致材料的宏观电光活性降低。所以要有效提高材料的宏观电光活性,最关键的就是要优化和修饰有机电光材料中的核心组成部分-有机发色团分子。 基于以上问题,本论文主要对有机二阶非线性光学发色团进行结构优化和修饰,旨在合成新颖的发色团并通过简单的主客体掺杂制备出具有高电光活性的电光材料,主要工作如下: 1)合成了分别以1,7-二乙氧基-3-异丙基-9-醛基久洛尼定和(N,N-二乙氨基)-苯甲醛为给体的两种二阶非线性光学发色团HK和FTC。通过紫外-可见光谱以及密度泛函理论计算(DFT)结果验证了发色团HK的刚性结构对于HOMO和LUMO能级的影响以及对微观一阶超极化率的影响。材料的宏观电光系数测试说明含有刚性久洛尼定给体的发色团能更有效减弱发色团之间的偶极-偶极相互作用,提高极化效率,从而提高了材料的宏观电光活性。 2)首次将双给体发色团引入到二阶非线性中,通过五步高效得到两种新颖的双给体发色团FTC-yh1和FTC-yh2。热重分析结果表明双给体发色团具有很好的热稳定性。紫外吸收分析以及理论计算均表明相比于单给体发色团,双给体发色团具有更好的电子离域效率和微观性能。而高的电光系数表明双给体发色团呈现的特殊的Y型结构可以有效减弱分子间的偶极-偶极相互作用,提高微观转换为宏观的效率。 3)在双给体工作的基础上讨论了不同取代位置上的位阻基团对各项性能的影响,设计合成了在噻吩环的不同位置引入位阻基团烷氧基团,通过紫外吸收分析,电化学,理论计算以及轨道成分分析,验证了当位阻环氧链靠近给体端时,材料的性能比较优异。晶体结构数据表明当位阻基团靠近给体端时分子间距离更大,更能有效减弱分子间的偶极相互作用,表现出大的电光系数。 4)设计合成了两个含位阻基团的双给体发色团,两者区别是引入的柔性烷氧链长度以及空间结构不同。热重分析,紫外吸收分析,电化学以及密度泛函理论计算,电光性能测试均表明当噻吩环上引入3,4-二己氧基噻吩时,发色团溶解性增强,热稳定性能提高,分子内电荷转移能力也增强,引入长的柔性链更能有效减弱发色团分子间的偶极-偶极相互作用,表现为大的宏观电光系数。 5)对Y型发色团结构的深入研究,在三苯胺结构上引入辅助给体(O,N),合成两个新发色团。紫外吸收分析,电化学,理论计算,电光性能测试结果均表明当三苯胺给体上引入给电子基团(O,N)后,分子内电荷转移能力也增强,电光系数也有明显提高。同时热重分析结果发现改性后的发色团保持了三苯胺的高热稳定性的优势。 6)将硫原子引入到Y-型发色团上,对合成的发色团进行紫外吸收分析,电化学,理论计算以及轨道成分分析,结果均表明Y型结构发色团热稳定性好;但是S原子的引入会破坏空间结构,不利于分子内电荷的转移。对合成的发色团进行电光性能测试,测试结果表明,Y型特殊结构可以减弱分子间偶极-偶极相互作用,提高了极化效率和宏观电光系数。