高双光子吸收截面有机半导体材料的设计与性质研究

双光子吸收（TPA）材料在荧光显微成像、生物检测、光限幅、三维光存储与微加工、激光频率上转换等领域有广泛的应用价值。有机半导体TPA单晶材料有可能具有突出的电学与光学性质，是一种诱人的上转换激光材料。然而由于受到现有材料性能的限制，有机单晶TPA上转换激光的研究进展较为缓慢，亟需具有大的TPA截面的单晶材料为相关研究提供物质基础。本项目将在前期研究工作的基础上，依照非线性光学理论的指导，开展新型TPA有机半导体材料的设计、合成与晶体性质研究，探索同时具有较高TPA截面与晶体荧光量子产率的有机半导体材料的设计思路，为TPA上转换激光器的研究提供关键的材料基础。本研究将结合理论计算深入揭示有机TPA材料的结构与性能的关系，进一步考察影响有机半导体聚集态荧光效率的因素，推动新型TPA上转换激光材料与相关基础理论的发展。

本项目围绕新型有机半导体材料的设计合成与其固体光学性质表征开展了系统地研究，取得了一系列创新性的成功，主要取得的成果如下。.1.成功地完成了一系列寡聚苯乙烯，四方酸染料有机荧光染料的合成，并研究了其构效关系，揭示了影响光学性质的结构因素。在此基础上，参照所得材料的构效关系研究结果，对分子的设计进行了改进，最终筛选得到了一系列性能优异的发光分子。 .2.系统地研究了所合成的有机荧光分子的固体发光性质。针对所筛选出来的性能较好的有机分子，采用物理气相沉积与溶液结晶等手段构筑各种有机晶体结构与固态薄膜，结合理论计算研究所得固体材料的光学性质。我们利用自己发展的表面图形化技术，构建了两种不同发光材料的微阵列，首次实现了一种自参比的气体传感器。.3．深入研究了所制备的有机晶体的双光子荧光与诱导激射性质。通过再沉淀法制备了含有氰基COPV的纳米粒子，发现其纳米粒子表现出了远高于其本身均相溶液的双光子吸收荧光特性，其双光子吸收截面高达80000GM。该纳米粒子在水中具有良好的分散性和光稳定性，可被直接应用在细胞成像领域。我们进一步研究了一种含有硫甲基寡聚苯乙烯TOPV分子微纳晶体受激发射的性质。利用Ｈ聚集体的独特光学性质，实现了阈值为100 nJ cm-2的低阈值纳米激光器件的制备。.4．在本项目的支持下，我们拓展了研究领域，开展了新型有机半导体材料的合成与电学性质表征。我们设计并合成了多个双极性有机半导体材料，并将其应用在有机场效应晶体管，CMOS反相器等领域。同时，也应用分子电子学手段，构筑单个分子的电学器件，研究分子结构与电子传输性能的基本关系。我们也尝试将有机光电材料与新型二维纳米材料结合，制备性能出色的新型有机/无机半导体复合材料，并研究其光学与电学性质。.在本项目的支持下，本课题组在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Mater.; Adv. Funct. Mater. 等刊物上发表SCI论文32篇，其中15篇发表在影响因子4以上的杂志上，应邀撰写综述一篇，在相关领域申请专利3项。较好地达到了原定的研究目标。