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有机π电子共轭平面化合物的合成及光学性能研究

作　者: 陈玉霞
导　师: 黄明举
学　校: 河南大学
专　业: 光学
关键词: 光限幅三光子吸收吸收截面荧光光谱溶剂效应
分类号: O621.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

自从1960年第一台激光器发明以来,非线性光学迅速发展为一门新兴的学科,是近代光学前沿最为活跃的领域之一,也已经在很多的科学领域得到了广泛的开发和应用。随着理论和实践研究的不断深入,人们对于各种非线性光学现象的本质有了一定的认识。而具有一定功能的非线性光学材料成为人们研究的目标。1964年人们首次发现有机化合物的非线性效应,从而为非线性光学材料开辟了一个新的研究领域。具有较大三光子吸收截面的非线性材料在诸如荧光成像、上转换荧光激射、三维光存储、光限幅及光动力疗法等领域的应用潜力引起了人们的极大关注。研发具有较大三光子吸收系数和三光子吸收截面并有相当稳定性能的有机材料成为当前研究的关键。本论文选择刚性和平面性都较好的含芴及咔唑基团作为共轭桥进行分子设计,合成了一种新型的芴类衍生物和一种咔唑衍生物,系统地研究了它们的线性吸收、荧光、光限幅等光物理性质,并研究了溶剂、温度、浓度等各方面对材料光物理性质的影响。本论文主要从以下五个方面进行了研究:1.分别利用Heck反应、甲酰化反应合成了一种芴类衍生物和一种咔唑衍生物。利用红外、质谱、核磁等对合成产物进行结构表征、分析。结果表明,产物结构与目标化合物结构一致。2.利用荧光光谱法测试了两种化合物的荧光发射情况,结果显示两种化合物在350~550nm之间的蓝光波段具有较强的荧光发射。3.测试了溶剂效应对两种化合物的荧光光谱和紫外吸收光谱的影响。测试并分析了物质浓度和环境温度对荧光光谱的形状和强度产生的影响。对于咔唑衍生物,我们还测试了阴离子表面活性剂对荧光光谱的影响,发现当阴离子表面活性剂的浓度达到其胶束浓度时,化合物的荧光强度达到无表面活性剂时的40多倍。4.利用Gaussian 03软件对芴类衍生物进行了结构优化,计算了化合物的激发态及分子前沿轨道中的最高分子占有轨道和最低未占有分子轨道,在理论上解释了化合物的电子跃迁及分子内电荷转移。5.在1064nm的皮秒激光器作用下,测试了化合物的光限幅效应。从理论上论述了此光限幅效应是由物质同时吸收三个光子发生跃迁引起的。利用公式进行拟合,得出了芴类衍生物和咔唑衍生物的三光子吸收系数和三光子吸收截面。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-28
  1.1 非线性光学概述  10-13
    1.1.1 非线性光学的发展及现状  10-11
    1.1.2 非线性光学材料分类  11-12
    1.1.3 有机材料的非线性光学效应  12-13
  1.2 多光子吸收  13-17
    1.2.1 双光子吸收及应用  14-15
    1.2.2 三光子吸收  15-17
  1.3 光学限幅器的原理及研究进展  17-19
  1.4 表面活性剂及其对染料荧光光谱的影响  19-20
  1.5 芴类衍生物研究进展及合成方法  20-22
    1.5.1 芴类衍生物的合成方法  21-22
    1.5.2 芴类衍生物的非线性研究  22
  1.6 本论文的研究内容及意义  22-24
  参考文献  24-28
第二章新型芴类衍生物的合成及光学性能  28-58
  2.1 新型化合物的分子设计  28
  2.2 Heck 反应原理  28-29
  2.3 实验部分  29-36
    2.3.1 主要试剂  29-30
    2.3.2 主要仪器  30
    2.3.3 新型化合物9，9-二辛基-2,7-二[2-（4-吡啶基）乙烯基]芴的合成.  30-31
    2.3.4 新型化合物的质谱分析  31
    2.3.5 新型化合物的氢原子核磁共振光谱  31-33
    2.3.6 新型化合物红外吸收光谱  33-36
  2.4 新型化合物的电子结构与电荷转移模式  36-37
  2.5 光物理性质  37-42
    2.5.1 新型化合物的紫外吸收光谱  37-41
    2.5.2 新型化合物的电子跃迁  41-42
  2.6 新型化合物的荧光特性  42-51
    2.6.1 新型化合物的荧光激发光谱  43-45
    2.6.2 新型化合物荧光光谱  45-48
    2.6.3 温度对新型化合物荧光强度的影响  48-50
    2.6.4 浓度对新型化合物荧光光谱的影响  50-51
  2.7 新型化合物的非线性光学特性-----光限幅特性的测试  51-54
  2.8 本章小结  54-55
  参考文献  55-58
第三章一种咔唑衍生物的合成及光学特性  58-72
  3.1 咔唑衍生物的分子设计  58
    3.1.1 实验仪器与试剂  58
  3.2 实验  58-59
    3.2.1 中间产物（a）的合成  58-59
    3.2.2 咔唑衍生物（b）的合成  59
  3.3 咔唑衍生物的光物理性质  59-66
    3.3.1 样品的紫外—可见—近红外吸收光谱  59-61
    3.3.2 样品浓度与荧光强度的关系  61-62
    3.3.3 样品的荧光量子产率的测定  62-63
    3.3.4 样品荧光强度与温度的关系  63-65
    3.3.5 样品荧光强度受阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠的影响  65-66
  3.4 样品的光学非线性-----光限幅特性的测试  66-68
  3.5 本章小结  68-69
  参考文献  69-72
第四章结论  72-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74-75
致谢  75-76

有机π电子共轭平面化合物的合成及光学性能研究

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