若干有机非线性光学材料的分子设计及三阶非线性光学性质的理论研究

以ＩＮＤＯ／ＳＣＩ方法为基础,利用完全态求和（ＳＯＳ）公式,计算了若干有机非线性光学材料分子的三阶非线性光学系数γ（－ω; ω, －ω, ω）和γ（０; ０, ０, ０）,研究了γ与分子骨架、给电子取代基、噻吩环数目即：共轭分子链长的关系。设计了较大γ的新型非线性光学材料分子。     

六元环硼氮烷对称取代方酸的电子光谱和非线性光学性质的DFT研究

用量子化学密度泛函理论B3LYP方法,在6-31G(d)水平上对环硼氮烷和苯基对称取代方酸进行几何构型优化.以此为基础,利用TD-DFT方法得到方酸衍生物的UV-Vis吸收光谱.进一步引入外电场,用有限场(FF/DFT-B3LYP)方法探讨了各体系的三阶非线性光学性质(NLO).计算结果显示,对称环硼氮烷取代的方酸衍生物性质不同于苯环取代,取代位置对电荷分布、分子轨道特征和非线性光学性质的影响很大.氮原子与方酸相连时对提高方酸体系的三阶非线性光学性质十分有效,其NLO系数可达2.3808×10^-24C·m.     

1，3方酸嵌入对称二苯乙烯衍生物的三阶非线性光学性质的理论研究

以量子化学MP3优化构型为基础,利用INDO／CI方法研究系列嵌入1,3方酸的对称二苯乙烯衍生物的电子光谱,并利INDO／CI－SOS方法计算系列化合物的三阶非线性光学系数γ（-ω;ω,-ω,ω)和γ（0,0,0,0）值,探讨了γ和分子结构之间的关系。理论计算结果表明,在双推电子基团取代二苯乙烯衍生物中适当地嵌入方酸,可使其三阶非线性光学系数有所增加,达到并保持其透明性。     

噻唑类二阶非线性光学活性分子的合成与性能

合成了4个以噻唑环为母体、含有Schiff碱结构的新型二阶非线性光学(NLO)活性分子,用红外光谱、紫外光谱、核磁共振光谱和元素分析确定了分子结构,用溶致变色法确定了二阶极化率. 分子中噻唑五元杂环和Schiff碱结构提高了NLO分子的热稳定性和透明性,噻唑的共轭芳香杂环非中心对称结构连接多个供、吸电子基团,提高了分子的二阶非线性系数. 结果表明,这些NLO分子的紫外吸收波长在350～415 nm之间,裂解温度均在300 ℃左右,二阶非线性光学系数β值达到1×10 -30 esu数量级,初步实现了"二阶非线性-透明性-热稳定性"综合性能优化的目标.     

系列金化合物[X-{Au(PMe_3)}_2]的结构、电子光谱和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP和BhandHLYP方法,对6个不同金化合物[X-{Au(PMe3)}2]的几何结构、电子光谱以及极化率和三阶非线性光学(NLO)效应进行了计算分析.本文采用的计算方法和基组适合所研究的对象,并发现用PMe3代替PPh3对分子整体结构影响不大.另外,分子桥连部分的空间效应对极化率有明显影响,对三阶极化率影响却不大.关于6个分子的三阶NLO性质,由于X部分的电子性质及共轭程度不同,分子1a的三阶极化率γ值最小,分子2a的γ值最大.通过分析电子光谱和对应的分子轨道组成可知,Au在分子1a中做电子给体,而在分子2a～6a中做电子受体,表明Au在此类化合物中对NLO性质的贡献不同.     

巴比妥酸系列衍生物第一超级化率的理论研究及分子设计

在ＺＩＮＤＯ方法基础上,按完全态求和（ＳＯＳ）公式编制程序并计算了第一超极化率β,研究了巴比妥酸系列衍生物分子的结构,光谱和第一超级化率β（－２ω,ω,ω）,β（０,０,０）,考察了给体、桥和受体的变化、Ｄ－π－Ａ结构及Ｄ－Ａ－Ｄ结构和Ｄ－Ａ结构对β的影响,设计了一系列有实际应用价值的热稳定性好,具有优良非线性光学性质的分子。     

巴比妥酸系列衍生物第一超极化率的理论研究及分子设计

在ZINDO方法基础上,按完全态求和(SOS)公式编制程序并计算了第一超极化率β,研究了巴比妥酸系列衍生物分子的结构、光谱和第一超极化率β(-2ω,ω,ω),β(0,0,0).考察了给体、桥和受体的变化、D-π-A结构及D-A-D结构和D-A结构对β的影响,设计了一系列有实际应用价值的热稳定性好,具有优良非线性光学性质的分子     

巴比妥酸葡萄糖基取代衍生物电子光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

应用量子化学AM1半经验方法分别对巴比妥酸及硫代巴比妥酸的葡萄糖基系列取代衍生物B_1-5和T_1-5进行几何优化。基于优化后的稳定构型，利用INDO/CI方法计算其电子光谱。同时，根据完全态求和(SOS)公式计算其二阶非线性光学系数。结果显示，当葡萄糖基单元数增加时，无论是巴比妥酸衍生物还是硫代巴比妥酸衍生物，|β_μ| 均增大，尤其是硫代巴比妥酸衍生物增大更为显著，表明此种非共轭取代基同样可以改善材料的非线性光学性质。此外，随葡萄糖基链增长时，光谱的变化并不十分显著，且由于所有吸收带均在紫外光区内，因此推测所有体系均有望成为具有高度透明性的非线性光学侯选材料。     

双咪唑苯和双三唑苯及其衍生物非线性光学性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的UB3LYP(B3LYP)/6-31+G**方法对双咪唑苯和双三咪唑苯双自由基及其衍生物几何结构进行优化,并结合有限场(FF)方法计算这些体系的非线性光学(NLO)系数.结果表明,引入给、受体取代基都能使体系的极化率α和二阶超极化率γ增大.在双自由基体系中,引入给体NH2的α和γ值大于引入受体NO2的值,与闭壳层体系中结果相反.分析自由基成分和电荷对体系的二阶超极化率γ影响的结果表明,处于中间双自由基成分的分子比相似共轭性的闭壳层分子有更大的二阶超极化率γ;带电荷的双自由基体系引入给、受体之后,与中性自由基体系相比具有更大的二阶超极化率γ.     

新型合偶氮功能团的双炔类衍生物非线性光学性质的理论研究

在SM1和ZINDO方法基础上，按完全态求和公式计算分子二阶非线性光学系数β(ijk)和三阶非线性光学系数γ(ijkl)，并对含偶氛功能团的双快类衍生物的二阶、三阶非线性光学性质进行了系统的理论研究．即在基础上，在分子左端引入推电子基N（CH3）2，右端分别引入推电子基CH2OH、2，5-二氮-4-硫甲苯基，研究取代基变化时β、γ变化的规律．对计算结果所反映的规律性在微观上给予了解释．     

含咔唑生色团的有机芳香杂环分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G^*方法, 对一系列含咔唑生色团的有机芳香杂环分子进行结构优化, 并采用有限场(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在6-311G^**水平上探讨了体系的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱. 结果表明, 咔唑取代基推或拉电子能力的改变和引入芳香杂环对研究分子的极化率α和二阶NLO系数β值都有较大影响. 当取代基分别连有拉电子硝基和推电子羟基, 以及引入呋喃杂环都可以使体系分子的β值随分子的最大吸收波长λ_max的增大而减小(蓝移). 该系列化合物兼具有很大的二阶非线性响应与良好的透光范围, 避免了“非线性-透光性”矛盾, 可能在非线性材料领域中有很大的潜在应用价值.     

含对硝基偶氮苯胺生色团的键合型有机/无机复合材料的合成及其二阶非线性光学特性

以γ 缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷 (KH5 6 0 )作中间体 ,用溶胶 凝胶 (Sol Gel)法合成了含对硝基偶氮苯胺 (DO3)生色团的新型键合型有机 /无机复合非线性光学 (NLO)材料 ,在这种有机生色团与无机玻璃键合形成的交联网络结构中 ,无机玻璃的刚性三维结构和优良的高温稳定性能有效抑制NLO生色团的极化松弛 .二次谐波信号 (SHG)测量表明 ,合成的键合型聚合物膜的二阶非线性光学系数 (d33)值达 5 79× 10 -7esu ,NLO稳定性也较好 ;在室温下放置 90天后 ,其d33 值能维持初始值的 93 5 % ;在 10 0℃下放置 30 0min后 ,其d33 值仍能维持初始值的 6 0 %     

含有噻唑生色团的Y-型有机分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法优化了一系列含有噻唑生色团的Y-型有机杂环分子的几何构型, 在此基础上结合有限场(FF)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)对分子的非线性光学(NLO)活性和电子光谱进行计算分析. 结果表明, 这些分子具有A-π-D-π-A(A: 受体, D: 给体)结构, 分子基态偶极矩、极化率和二阶NLO系数(β)随支链共轭桥的增长及生色团共轭效应的增大而增大. 同时, 该系列有机杂环分子的二阶极化率总的有效值(βtot)与其前线分子轨道能级相关, 分子的前线分子轨道能级差越小, βtot值越大.     

Lindqvist型钼酸盐修饰的碳纳米管二阶非线性光学性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)方法研究了[Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管的非线性光学(NLO)性质. 结果表明, [Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管作为特殊的有机-无机杂化体系, 具有显著的二阶非线性光学响应. 通过调整[Mo₆O₁₉]^2-与纳米管之间的角度, 体系的稳定性显示出规律性的变化趋势, 且二阶NLO响应发生了变化. 对静场二阶极化率(β_vec)有主要贡献的电子跃迁特征表明, [Mo₆O₁₉]^2-与碳纳米管之间角度的改变影响了分子内的给受体特征. 当角度达到30°时, 化合物显示出最大的β_vec值, 此时杂多阴离子簇为电子受体, 而碳纳米管为电子给体. 此外, 在碳纳米管的端位连接电子给体(如氨基)可有效地增大β_vec值.     

含有咪唑生色团系列树型有机分子二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法计算研究了系列树型含有咪唑生色团的有机分子的结构和非线性光学性质.计算结果表明:该系列分子具有A- -D- -A(A:受体,D:给体)结构,分子基态的偶极矩、极化率、二阶NLO系数( )随共轭链的增长及吸电子基的增强而增大;同时,前线轨道能级差值越小此类分子的二阶极化率总有效值( )越大.计算的吸收光谱显示此系列树型分子在低能区域247.79nm-419.87nm都有一个最强吸收,并且均是最高占据轨道与最低空轨道之间的跃迁.     

含二茂铁双Schiff碱配体及其Ni(Ⅱ)配合物电子光谱和二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,对含二茂铁双Schiff碱配体及其Ni(Ⅱ)配合物的几何构型进行优化.在得到稳定构型的基础上,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3LYP方法计算了配合物的电子光谱,并结合有限场(FF)方法研究了配体和配合物的极化率和二阶非线性光学(NLO)性质.结果表明,配体中引入Ni(...     

Ferrocene‐Donor and 4,5‐Dicyanoimidazole‐Acceptor Moieties in Charge‐Transfer Chromophores with π Linkers Tailored for Second‐Order Nonlinear Optics

A series of new nonlinear optical chromophores ( 1 – 15 ) that were comprised of ferrocene‐donor and 4,5‐dicyanoimidazole‐acceptor moieties and various π linkers of different length were synthesized. Support for the presence of significant D ? A interactions in these NLO‐phores was obtained from the evaluation of the quinoid character of the 1,4‐phenylene moieties and their electronic absorption spectra, which featured intense high‐energy (HE) bands that were accompanied by less‐intense low‐energy (LE) bands. The redox behavior of these compounds was investigated by cyclic voltammetry (CV) and by rotating‐disc voltammetry (RDV); their electrochemical gaps decreased steadily from 2.64 to 2.09 V. In addition to the experimentally obtained data, DFT calculations of their absorption spectra, HOMO/LUMO levels, and second‐order polarizabilities (β) (?2ω,ω,ω) were performed. A structure–property relationship study that was performed by systematically altering the π linker revealed that the intramolecular charge‐transfer and nonlinear optical properties of these inorganic–organic hybrid D? π? A systems ( 1 – 15 ) were primarily affected by: 1) The presence of olefinic/acetylenic subunits; 2) the length of the π linker; and 3) the spatial arrangement (planarity) of the π linker.     

Organic sol-gel materials for second-order nonlinear optics based on melamines

A series of all organic nonlinear optical (NLO) sol-gel materials based on melamines and an azobenzene dye (Disperse Orange 3; DO3) have been investigated. Different contents of DO3 were covalently bonded with the melamine-based organic network via condensation of amino and methylol groups. The optically clear samples exhibited second-order optical nonlinearity (second-harmonic coefficient d₃₃) = 35.4 and 11.5 pm/V at 1064 and 1542 nm, respectively) after poling and curing at 220°C for 1 h. Thermal behavior of these organic NLO sol-gel systems was studied by temperature-dependent dielectric relaxation. The results indicate that the incorporation of rigid NLO-active chromophore into the melamine-based matrix leads to high rigidity and dense packing of the organic network. Subsequently, higher glass transition temperatures were obtained for the organic NLO sol-gel material with higher DO3 content. The influence of composition on the temporal stability at 100°C was also investigated. Temporal stability at 100°C was studied as a function of system composition. © 1999 John Wiley & Sons, Inc. J Polym Sci A: Polym Chem 37: 2503–2510, 1999