双光子聚合引发剂BVPDA的合成、结构及非线性光学性质

合成了双光子聚合引发剂{4-[2-(4-溴苯基)-乙烯基]苯基}-二苯基胺(BVPDA),并测定了其晶体结构.结果表明,BVPDA为三斜晶系,P1空间群,a=1.0834(3)_nm,b=1.5625(2)_nm,c=1.9640(2)_nm,α=92.807(8)°,β=103.647(10)°,γ=106.676(13)°,V=3.0705(10)_nm³,Z=6,T=293(2)K,Dc=1.383g/cm³,R₁=0.0735,wR=0.1063.用¹HNMR谱、¹³CNMR谱及元素分析进行了表征.测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、单光子荧光寿命和双光子荧光光谱.在760nm的飞秒脉冲激光激发下,BVP-DA发出较强的上转换荧光,荧光峰位于462nm.以BVPDA作引发剂,加入丙烯酸酯型齐聚物(CN120C80),用Ti:sapphire飞秒激光器作光源,制作了一个三维周期性微结构.     

新型有机盐光引发剂的双光子聚合特性研究

本文运用激光微细加工技术,通过对不同浓度引发剂的甲基丙烯酸类树脂的聚合行为进行评价,研究了1-甲基-2-[2-(9-戊基-咔唑-3-基)-乙烯基]-3,3-二甲基吲哚碘盐(I)作为双光子光引发剂的聚合特性,结果表明该化合物在扫描速度为44μm/s时,双光子聚合阈值为139kJ/cm²;当激光能量密度为286kJ/cm²时,引发聚合的曝光时间阈值为0.7ms.实验结果为进一步作为双光子聚合三维结构的微细加工提供了可靠依据.     

咔唑衍生物的固相合成及其双光子吸收和光存储应用

以N-乙基咔唑为原料,通过室温固相化学反应改进合成了2种双光子吸收材料(咔唑类衍生物2, 8-二[2'-(吡啶-4"-基)乙烯基]-5-乙基咔唑(L1),2, 8-二[2'-(吡啶-2"-基)乙烯基]-5-乙基咔唑(L2),其结构经¹H NMR,IR和MS确证,利用Z-扫描技术,测试了其纳秒下的双光子吸收截面为6 210和5 590 GM (1 GM = 1 ´ 10 ^-50 cm ⁴ · s · photon ^-1),用820 nm的飞秒单脉冲激光作为写入激光对存储介质进行双光子光漂白,对其作为三维光存储材料作了初步的探索。     

星型二苯乙烯衍生物的三光子吸收及多光子荧光发射

用飞秒Ti:sapphire激光测定了星型二苯乙烯衍生物2,5-二{4-{2-N,N-二[4-(2-N,N-二苯基氨基苯乙烯基)苯基]氨基苯乙烯基}苯基}-1,3,4-噁二唑(DPASPO)和1,2,4,5-四(4-N,N-二苯氨基苯乙烯基)苯(PASB)的三光子吸收谱和多光子上转换荧光光谱. 研究了星形八极矩分子DPASPO和PASB的线性吸收、单光子荧光及荧光寿命. 在800 nm波长的飞秒激光激发下, DPASPO和PASB在二氯甲烷溶液中发出很强的黄绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于583 nm和547 nm. 在1260 nm波长的飞秒激光激发下, DPASPO和PASB的三光子上转换荧光峰分别位于612 nm和572 nm. 采用非线性透过率法测得DPASPO和PASB最大三光子吸收截面分别为16.69×10^－79 cm⁶•s²和6.81×10^－79 cm⁶•s². 这些二苯乙烯衍生物的三光子吸收截面较大. 在这些星型分子中, 三光子吸收增强来源于二苯乙烯分支的增加, 共轭体系的扩展以及分子内跨越空间电荷离域.     

吡啶星型分子的双光子上转换荧光特性

用飞秒Ti:sapphire激光测定了一种星型吡啶分子2,5-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基氨基]苯乙烯基}苯基}-1,3,4-噁二唑(PyPASPO)的双光子吸收截面及上转换荧光光谱.采用非线性透过率法测得二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的其双光子吸收截面分别为412.5 和288.8 GM. 系统研究了吡啶星形分子PyPASPO的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命及激发-发射三维荧光谱和前线轨道能级. 在800 nm和150 fs钛宝石激光器激发下PyPASPO在二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的双光子上转换荧光发射波长分别位于571和 525 nm,在二氯甲烷溶液中单光子荧光峰位于532 nm,荧光寿命为1.24 ns. HOMO和LUMO能级分别为-5.21 eV和-2.92 eV.增大分子内电荷转移有效增强了吡啶星形分子的双光子吸收和双光子上转换荧光发射能力     

对位氨基能显著提高D-A-D型化合物的双光子吸收性能

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS-CN), 2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯(MAS-CN)和1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS)的合成. 用核磁、红外和元素分析进行了表征. 测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱、双光子吸收系数及双光子吸收截面. 在800 nm的飞秒脉冲激光激发下, 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS分别发出很强的绿色、黄色和蓝色上转换荧光. 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS的最大吸收波长、单光子发射波长、双光子诱导荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、双光子吸收截面及双光子荧光寿命各分别是393, 473, 367 nm; 470, 569, 434 nm; 475, 574, 438 nm; 0.12, 0.72, 0.21; 0.8, 5.3, 0.3 cm/GW; 270, 1790, 101 GM; 140 ps, 1.32 ns, 54 ps. MAS-CN的双光子吸收截面是MOS-CN的6.63倍, MOS-CN的双光子吸收截面是MOS的2.67倍, 表明对位氨基显著地提高了化合物的双光子吸收性能, 氰基也较大地提高了双光子吸收截面.     

新型蓝色上转换荧光分子的合成、表征与双光子吸收性能

设计并合成了3个新的受体-给体-受体(A-D-A)构型上转换荧光分子,用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱、质谱和元素分析进行了表征.测定了它们在不同溶剂中的线性吸收光谱、单光子荧光光谱和荧光量子产率.以飞秒激光作为光源,研究了它们的双光子吸收和上转换荧光特性.结果表明:该类化合物的荧光量子产率为0.20-0.68,双光子吸收截面为16×10-50-101×10-50cm4 s photon-1,具有较强的蓝色上转换荧光发射.     

双光子荧光探针

双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。荧光显微成像是研究活体生物的重要工具,而最通常的细胞成像方法则是使用单光子激发荧光团的单光子显微成像。近红外光源激发的双光子荧光探针克服了单光子荧光探针的光漂白与光致毒而更适于生物检测与成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。双光子荧光探针的作用机理包括分子内电荷迁移(ICT)、荧光共振能量迁移(FRET)、光诱导电子迁移(PET)与基团转换(GC) 4种方式。该文综述了双光子阳离子探针(Mg²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Na⁺, Cr³⁺)、双光子阴离子探针(F^-)、pH探针、双光子葡萄糖示踪器、双光子脂筏探针、双光子巯基探针、双光子半胱氨酸探针和双光子生物标记探针,以及双光子荧光探针在生物成像方面的应用,展望了双光子荧光探针的发展趋势与应用前景。     

2,4和8-支噁二唑衍生物的三光子吸收和三光子上转换荧光

用飞秒Ti:sapphire激光测定了3个对称噁二唑衍生物4-{N,N-双[4-(4-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯乙烯基)苯基]氨基}苯甲醛(Bis-oxa)、2,5-双{4-[2-N,N-双(4-{4-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯乙烯基}苯基)氨基苯乙烯基]苯基}-1,3,4-噁二唑(Quadri-oxa)和2,5-双(4-{2-N,N-双[({3,5-二[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯基}乙烯基)苯基]氨基苯乙烯基}苯基)-1,3,4-噁二唑(Octu-oxa)的三光子吸收谱和三光子荧光光谱. 在1260 nm飞秒激光激发下, 2,4和8-支噁二唑衍生物的三光子吸收系数分别为5.0×10^-5, 10.0×10^-5和10.0×10^-5 cm³/GW², 三光子频率上转换荧光发射波长分别为533, 544和551 nm. 研究了多支化合物线性吸收和透过、单光子荧光及量子产率、荧光寿命、多光子荧光光谱和三光子吸收系数谱. 对称多支噁二唑衍生物具有很强的三光子吸收和上转换荧光性质.     

以N为耦合中心多枝分子的双光子上转换荧光

采用非线性透过率法研究了以N为耦合中心的多枝化合物N-[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N,N-二苯胺(BPODPA), N,N-双[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N-苯胺(BBPOPA)和N,N,N-三[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯基}-1-乙烯基}苯基}胺(TBPOA)的双光子吸收性质, 测定了化合物的单光子荧光光谱和双光子上转换荧光光谱, 研究了多枝化对三苯胺分子双光子吸收和双光子激发荧光性质的影响.在800 nm波长的激光激发下,化合物BPODPA、BBPOPA和TBPOA在二氯甲烷溶液中发出很强的蓝绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于502、515 和518 nm. 这些多枝结构化合物的双光子吸收截面较大, 双光子吸收增强来源于多枝分子中扩展的π共轭体系和重复单元的协同效应.     

From Light to Structure: Photo Initiators for Radical Two-Photon Polymerization

Two-photon polymerization (2PP) represents a powerful technique for the fabrication of precise three-dimensional structures on a micro- and nanometer scale for various applications. While many review articles are focusing on the used polymeric materials and their application in 2PP, in this review the class of two-photon photo initiators (2PI) used for radical polymerization is discussed in detail. Because the demand for highly efficient 2PI has increased in the last decades, different approaches in designing new efficient 2PIs occurred. This review summarizes the 2PIs known in literature and discusses their absorption behavior under one- and two-photon absorption (2PA) conditions, their two-photon cross sections (σ_TPA) as well as their efficiency under 2PP conditions. Here, the photo initiators are grouped depending on their chromophore system (D-π-A-π-D, D-π-D, etc.). Their polymerization efficiencies are evaluated by fabrication windows (FW) depending on different laser intensities and writing speeds.     

新型双光子吸收化合物的合成、光物理及其在固态分散体系中的性质

通过多步反应制备了三个新型的双光子吸收化合物,测试了它们的光物理性质,发现该系列化合物具有较大的双光子吸收截面,并且随温度降低其双光子吸收截面增大.尤其是化合物TMVDB,其量子效率为0.83,常温时的双光子吸收截面达到1164GM,其双光子吸收截面除以分子量为2.08,表现出了优良的双光子吸收发光性能.进一步将TMVDB掺杂到固体材料中,得到强双光子诱导发光的固体材料.     

New Thiophene Derivatives with Two-photon Excited Fluorescence

Organic molecules that can simultaneously absorb two or more photons in reaching theirexcited states have recently been the subject in various photon-electronic fields. Tomeet the criteria for various nonlinear optical applications, such as three-dimensionaloptical storage1 and up-converted lasing2, molecules with large two-photon absorption(TPA) cross-section σ are required and have been synthesized. These dyes generallybelong to the structural modes of D-π-D, A-π-A3 or D-π-A, where D…     

二噻吩衍生物的合成及其线性、非线性光谱性质

合成了一系列二噻吩衍生物类有机合物：5，5'-二（对－N，N－二甲胺基苯乙 烯基）－2，2'－二噻吩（BMSBT）与5，5'－二（对－N，N－二乙胺基苯乙烯基）- 2,2'-二噻吩（BESBT），5,5'-二（对N－环丁胺基苯乙烯基）－2,2'－二噻吩（ BBSBT），5,5－二（对－N－咔唑基苯乙烯基）2-2'－二噻吩（BCSBT），并测定了 其吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子荧光光谱。BMSBT，BESBT和BBSBT的单光子 荧光参数存在的很强的、规则的溶剂效应，表明其激发态的分子可能有较大的极性 。在800nm fs激光下测得BMSBT与BESBT在560nm附近（与单光子荧光发射峰波长接 近的位置）有较强的上转换荧光发射，上转换荧光强度与激发能量之间较好的平方 关系表明了双光子激发的机理，这种上转换荧光被称为双光子荧光。用以光子荧光 法测得BMSBT和BESBT的双光子吸收截面分别为54*10~(-50)(cm~4·s)/photon和 102*10~(-50)(cm~4·s)/photon。     

Novel Lipophilic Fluorophores with Highly Acidity-Dependent Two-Photon Response

Lipophilic fluorophores are widely implemented in nonlinear microscopy; however, few existing membrane-specific probes combine the high brightness of two-photon excited fluorescence (2PEF) with pH sensitivity. Herein we describe four novel two-photon excited fluorophores, based on a coumarin 151 core structure, where lipophilicity is induced by a covalently attached phosphazene moiety. Changing the environmental acidity using trifluoromethanesulfonic (triflic) acid leads to profound changes in the linear fluorescence and 2PEF characteristics, due to chromophores’ switching between neutral- and protonated forms. We characterize this dependence by measuring the two-photon absorption (2PA) spectra over the region λ_2PA=550–1000 nm, observing 2PA cross sections of σ_2PA=10–20 GM, with an associated 2PEF brightness of 10–13 GM, in neutral solutions of both acetonitrile and n-octanol. Although quantum chemical modelling and NMR measurements show that, at high chromophore concentrations, protonation may be accompanied by a dimerization process, these dimers likely do not form at the lower concentrations used in optical spectroscopy.     

具有大的双光子吸收截面的四羧酸二萘嵌苯衍生物的理论研究

用密度泛涵方法和ZINDO方法,从理论上研究了一系列四羧酸二萘嵌苯的衍生物(PTCDS)。对其平衡几何、电子结构和单双光子吸收性质进行了详细的计算研究。结果表明,此系列衍生物的双光子吸收截面主要由其主体结构(二萘嵌苯)决定。△EH-Lgap (HOMO与LUMO间的能隙)的减小,HOMO轨道能量的增大,分子主轴两端取代基给电子强度的增强,共轭长度的增大,分子刚性的增强都有利于此系列化合物双光子吸收截面的增大。并设计了比文献[22]报道的分子C有更大的双光子吸收截面的两个分子D1,D2。     

Synthesis and Two-photon Absorption Properties of s-Triazine Derivatives

Two new s-triazine derivatives, which belong to linear dipolar type and triangle octupolar type respectively, have been synthesized. The structure of the dipolar compound has been determined by X-ray diffraction. The two-photon absorption cross-section σ, and the two-photon excited fluorescence (TPEF) intensities are increased significantly from dipolar compound to octupolar compound.     

卟啉多枝分子合成与分子内能量转移、双光子吸收性能研究

以三苯胺或硝基苯为端基, 合成了三个卟啉多枝分子: 5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-溴苯基)卟啉(TPP-NO₂)、5-(4-硝基苯甲酰氧基)苯基-10,15,20-三-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₃)和5,10,15,20-四-(4-二苯胺基-1-苯乙烯基)苯基卟啉(TPP-X₄), 进行了红外光谱、核磁共振光谱和质谱表征. 比较研究了分子“枝”、“核”不同键合方式与不同对称结构对分子的线性光谱、非线性光谱以及分子内能量转移行为的影响. 在钛宝石激光器(800 nm)和Nd∶YAG倍频光(532 nm)泵浦下, 样品溶液均发出卟啉环特有的红色荧光——前者系双光子吸收机制“上转换”荧光, 后者则为双光子吸收与分子内能量转移机制“下转换”荧光. 飞秒Z-scan技术测得样品双光子吸收截面最大可达130 GM, 与四苯基卟啉(TPP)同等测试条件下的双光子吸收截面相比增大了两个数量级.     

3D Stereolithography by Using Two-Photon Photopolymerization

Summary: This article describes the development and evolution of two-photon lithography of 3-dimensional (3D) polymeric structures through two-photon photopolymerization (TPP) and the materials used to facilitate the same. The first part elaborates on the advantages of TPP over conventional lithographic techniques used in the fabrication of 3D microelectromechanical systems (MEMS). The second part introduces the preparation of highly efficient organic two-photon absorbing materials based on the centro-symmetric π-conjugated system and their performance as sensitizers in two-photon polymerization.