有机聚集体双光子吸收诱导发光研究

有机双光子吸收诱导发光现象的研究是当前有机光物理领域的前沿课题之一，其在上转换激光、双光子荧光显微以及双光子三维成像等方面都具有重要的应用前景。由于具备良好的水相分散及光热稳定性，具有强聚集态发光性质的有机化合物在固体发光材料的研究中也受到了广泛的关注。申请人的前期工作结果表明，一些有机化合物在具有强固态发光性质的同时也呈现出双光子诱导发光的现象。在此基础上，本项目拟结合化学计算方法，设计合成一系列带有取代基团的有机发光化合物，制备这些化合物的具有不同聚集结构的聚集体，对化合物的结构、聚集形态与光物理特性、双光子吸收性能间的关系进行深入研究，探索这类化合物中出现聚集态双光子吸收诱导强发光现象的规律。采用静电相互作用自组装、模板诱导自组装、PVD等技术构建目标化合物的原理性器件，为开发新型的固态双光子吸收有机发光材料提供新的思路和实验证据。

有机双光子吸收诱导发光现象的研究是当前有机光物理领域的前沿课题之一，其在上转换激光、双光子荧光显微以及双光子三维成像等方面都具有重要的应用前景。由于具备良好的水相分散及光热稳定性，具有强聚集态发光性质的有机化合物在固体发光材料的研究中也受到了广泛的关注。在本项目的实施过程中，通过分子设计合成得到了一系列带有不同尺寸、不同电子属性取代基团的强发光化合物，采用静电相互作用自组装、模板诱导自组装、PVD 等技术制备了这些化合物的具有不同聚集结构的聚集体，利用光谱检测手段观察了它们在单分散状态、聚集状态下的发光性能。所有化合物在溶液状态都表现出高效率的单光子吸收发光性能并呈现明显的溶剂效应特征，其中一些成员也表现出明显的聚集状态强发光特征。结合化学计算方法分析了这些化合物的主要非辐射失活途径，考察了化合物分子结构的取代基电子效应对分子聚集形式的影响，探索了聚集形态对非辐射失活过程及发光效率的作用。同时发现少数化合物在具有强固态发光性质的同时也呈现出双光子诱导发光的现象。以近红外飞秒激光为光源，用上转换荧光法测定了这些化合物的双光子吸收截面，发现这些化合物的双光子吸收截面随溶剂极性呈现非线性变化。通过量化方法计算获得这些化合物分子的电荷转移程度，考察了这些化合物分子结构的对称性及电子分布与其双光子吸收截面性能之间的关系。利用数理统计方法，分析了这些化合物的结构、聚集形态与发光效率和双光子吸收性能这四者之间的相关度，探索了这些化合物中出现聚集态双光子吸收诱导强发光现象的规律，发现大双光子吸收截面与强聚集态发光这两个性能对化合物分子结构设计的要求有相冲突之处。该项目的实施加深了对聚集态双光子吸收诱导发光现象的理解，提高了对有机化合物固态发光、双光子吸收等各种影响因素的认识，为有机固态双光子吸收发光材料的开发提供新的思路和实验证据。在对机制进行研究的同时，尝试将一些化合物掺杂到固体基质中，得到双光子吸收诱导强发光的固体材料；将其中一种化合物成功应用到对挥发性有机气体污染物（VOCs）的识别中；挑选出一种化合物制备了可用于宽温度范围的、高稳定性、高发光量子效率的单组分发光分子温度计原理性器件，实现了对流体和大面积的温度显示。