基于氢键的侧链型超分子电光聚合物的制备与表征

设计并制备了一种基于氢键的侧链型超分子聚乙烯基吡啶电光聚合物,非线性发色团与聚合物主链之间的氢键作用经红外光谱进行表征。采用氢键将发色团挂接到聚合物,可一定程度地抑制发色团分子的聚集,防止宏观相分离,实现发色团的高浓度掺杂。同时,利用超分子氢键作用挂接也可在一定程度上抑制发色团间的偶极-偶极相互作用力,测得此体系极化电光聚合物薄膜的最大电光系数为17.6 pm/V。     

隔离基团修饰的有机二阶非线性光学发色团

有机二阶非线性光学发色团是非线性光学材料的重要组成部分.一直以来,科学家们致力于通过结构设计与修饰来研究合成新型的性能良好的发色团.然而如何将有机二阶非线性光学发色团微观一阶超极化率β值高效地转化为宏观电光系数r33,一直是极具挑战性的课题.近几年来,有诸多报道通过引入一些隔离基团来改变发色团的形状,可以有效地减少极化过程中分子之间的偶极相互作用力,有利于实现大的宏观电光系数r33值.结合本课题组的研究,系统总结了近些年有关在发色团中引入一些修饰隔离基团的研究工作.     

一种新型的交联极化聚合物的合成及性能研究

以成膜性能优异、主链上含有多个羟基的聚双酚A二缩水甘油醚-苯胺(BPAN)为骨架,将二阶非线性光学活性发色团分子以键合形式挂接到聚合物主链上,形成新型侧链型聚合物.此聚合物保留了原聚合物体系成膜性好和可进一步交联等优点.极化过程中以含有异氰酸酯基的同种发色团分子作为交联剂,得到发色团含量进一步提高的交联型极化聚合物.采用衰减全反射法(ATR)测得体系的电光系数(r₃₃)为6.7 pm/V(1315 nm).     

枝化二阶非线性发色团分子的合成及在聚合物体系中的电光性能

设计合成了一类以2-二氰基次甲基-3-氰基-4,5,5-三甲基-2,5-二氢呋喃(TCF)为受体、己氧基取代噻吩为π电子桥的新型有机非线性光学化合物, 并利用紫外光谱、红外光谱、核磁共振以及质谱对化合物分子结构进行了鉴定, 同时对此类化合物在有机聚合物体系中的电光性能进行了表征和研究. 结果发现, 该类发色团分子与聚合物相容性好, 电光活性高, 并且随着发色团分子在聚合物体系中浓度的升高, 聚合物体系的宏观电光活性也有所提高, 甚至当发色团的掺杂质量分数高达47.2%时, 体系的电光活性仍呈上升趋势, 显示了该发色团的静电相互作用得到了明显抑制. 此时测得聚合物体系的电光系数为30 pm/V(1310 nm).     

一种以环戊并双噻吩作为π电子桥的新型发色团的合成和电光性质的表征

本文以4,4-二己基-4H-环戊并[2,1-b:3,4-b′]二噻吩为π电子桥,合成了一种新型非线性光学发色团,并通过紫外-可见吸收光谱、热重分析以及密度泛函理论计算等对其物理和化学性质系统地进行了表征。结果表明,4,4-二己基-4H-环戊并[2,1-b:3,4-b′]二噻吩作为π电子桥能有效地提高分子内的电荷转移速率和分子的一阶超极化率。同时,侧链二己基的空间位阻效应能很好地削弱分子间静电相互作用。最后,将发色团掺杂到主体聚合物聚碳酸酯中,测试得到发色团浓度为20%的极化聚合物薄膜的电光系数r33为85pm/V。     

利用β-环糊精-发色团分子超分子包合物减弱非线性发色团分子间静电相互作用的新方法

制备了一种新型的发色团分子,实际是由普通发色团分子与β-环糊精形成的超分子包合物.其中的普通发色团分子被设计为哑铃型,并且哑铃形的一边在形成包合物后再完成,使形成的超分子包合物不发生解包合.包合物中β-环糊精对发色团分子的保护可以完全阻止发色团分子的聚集,减弱了材料中发色团分子间的静电相互作用.这种利用超分子包合物对发色团分子的修饰方法可以提高极化过程的效率,从而增加材料的电光活性。     

一种光交联电光聚合物的合成及其外部电光测量

合成了一种新的带有光交联基团的电光聚合物,其高分子基体是双酚A环氧树脂,二阶非线性生色团对硝基苯胺和光交联基团肉桂酰氯都键接在高分子链上.将聚合物溶解后旋涂成膜,对薄膜进行电晕极化.极化的后阶段用紫外光照射,使聚合物体系交联成网络结构,形成生色团取向长时间稳定的聚合物电光薄膜.用这种聚合物电光薄膜构成外部电光调制系统,测量了共面波导上的电信号.     

含1,3,5-三嗪和三苯胺的二苯乙烯类双光子材料

合成了以三苯胺为电子给体、1,3,5-三嗪为电子受体的新型二苯乙烯类化合物．用吸收光谱、荧光光谱、飞行质谱、核磁共振氢谱和碳谱进行了表征。这些化合物具有大的双光子吸收截面和强的频率上转换荧光,其中,由三个D-π-A结构的发色团形成的三枝状八偶极分子具有最大的双光子吸收截面和最强的双光子荧光。     

新型含苯并呋喃的非线性光学发色团的合成与性能研究

以基于久洛尼定的苯并呋喃衍生物为电子给体,三氰基呋喃衍生物为电子受体经Knoevenagel缩合反应合成了一种新型含苯并呋喃的非线性光学发色团(JBFC),其结构经¹H NMR, ¹³C NMR和HR-MS表征,并通过紫外可见吸收光谱、热重分析、理论计算和电光性能测试对非线性光学发色团的性能进行了研究。结果表明：JBFC具有较好的热稳定性,T_d值（质量减少5%时）为214 ℃,将JBFC制得的极化电光聚合物薄膜的电光系数为30 pm·V^-1。     

异氰酸酯交联的环氧树脂基二阶非线性光学聚合物

通过双酚A 二 (缩水甘油醚 )与苯胺的逐步聚合反应合成环氧树脂类先驱聚合物BPAN ,进一步通过先驱聚合物的后重氮偶合反应 ,制备了侧链带偶氮生色团的二阶非线性光学聚合物BPAN 1A NT .将BPAN 1A NT与适当量的异氰酸酯交联剂M2 0S混合 ,得到了双组分非线性光学聚合物体系BPAN 1A NT M2 0S .该体系在电场极化的同时可发生交联固化 ,极化后其二阶非线性光学系数高达 10 5 2pm v(λ =1 0 6 4 μm) ,同时还具有很好的极化偶极取向稳定性 ,2 0 0℃时的非线性光学系数仍可维持在初始的 80 %以上 .上述双组分非线性光学聚合物材料 (BPAN 1A NT M2 0S)同时具有高二阶非线性光学系数和高极化偶极取向稳定温度 ,可以预期 ,在聚合物电光调制器、光开关等器件中将有很好的应用前景 .