功能化有机小分子光电材料的合成与光物理性能的研究
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功能化有机小分子光电材料的合成与光物理性能的研究,功能,有机,分子,份子,光电,材料,合成,物理性能,研究,钻研
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开题报告 题目： 功能化有机小分子光电材料的合成与光物理性能的研究 1 毕业设计（论文）综述 目背景及研究意义 光致变色 (l是指化合物 A 在受到波长为入 1的光照时，可通过特定的化学反应生成结构和光谱性能不同的产物 B，而在波长为入 2的光照或热的作用下， B 又可逆地生成化合物 A 的现象，其变化过程如（图 示： 图 一过程的基本特征为： A、 B 在一定条件下都能稳定存在，且颜色视差显著不同； A、 B 之间的变化是可逆的。其中因温差导致的变色材料称为 T(l)型，该类材料受到激发后反应速度和褪色速度都比较快；光辐射作用导致的变色材料称为P(，该类材料的消色过程是光化学过程，有较好的稳定性能和变色选择性能 2。 光致变色材料是一类新型的功能性材料。这类材料经光照后，其化学性能与物理性能 (特别是在颜色方面 )会发生可逆的变化 3，可广泛应用于光信息存储、光转换器件和光开关等前沿领域 4早期对光致变色材料的研究主要集 中在： (1)发现更多化合物的光致变色化合物，到目前为止发现的光致变色种类主要是螺吡喃螺嗪类 6二芳基乙烯类 8、偶氮苯类及俘精酸酐类 9； (2)对已发现的光致变色化合物进行分子修饰，使其各种性能可满足应用 11； (3)研究分子所处的环境对光致变色性能的影响，如溶剂效应、温度影响等。虽然对光致变色的研究已经取得了很大成就，但是要将光致变色材料应用到光存储、光开关及其他更为深入的应用，还有许多问题需要解决，如热稳定性、抗疲劳性能、非破坏性读出一直是阻碍光致变色材料应用到光存储和光开关上的重 要因素。人们为了发展和扩大光致变色材料的应用，设法将其它功能团与光致变色功能团连接在一起组成具有多功能的光致变色体系。这种体系包括与荧光磷光基团、磁性基团、手性基团连接的光致变色体系及双光致变色体系 12。 有机光致变色化合物应具有以下基本要素： (1)好的热力学稳定性； (2)好的抗疲劳性； (3)快速的反应性； (4)高灵敏度。仔细分析近些年国内外有机光致变色化合物的研究成果，满足以上要素的化合物体系为数不多，如何开发出优良的有机光致变色染料是目前研究人员的共识。然后，进一步深层研究有机光致变色化合物的变色机 理。人们对其变色过程并不十分了解，为了更好地了解其变色过程 ,需要利用越来越先进的各种分析手段进行大量实验研究，更需要进行理论上的创造，提出新概念、新模型、新 理论和新方法 ,科学地阐明有机光致变色化合物的变色过程、激发过程和激发状态。最后 ,在以上研究的基础上进一步研究有机光致变色化合物的生产过程、生产工艺 ,降低生产成本使之尽快进入应用领域 13。 内外研究现状 光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。人类发现光致变色现象已有一百多年的历史。第一个成功的商业应用始于 20 世纪 60 年代，美国的 作室的两位材料学家 先发现了含卤化银 (璃的可逆光致变色性能 14，随后人们对其机理和应用作了大量研究并开发出变色眼镜。但由于其较高的成本及复杂的加工技术，不适于制作大面积光色玻璃，限制了其在建筑领域的商业应用。此后 致变色的应用重心转向了价格便宜且质量较轻的聚合物基材料，而各种新型光致变色材料的性能及其应用也开始了系统研究。具有实际应用前景的 光致变色材料最重要的特性是成色体必须有足够的热稳定性，还有一个就是光致变色化合物的耐疲劳性。目前已开发的光致变色材料大可分为无机光致变色材料和有机光致变色材料两大类传统无机光致变色材料有金属卤化物、金属羰合物、金属氧化物等，研究较为成熟，性能稳定，光色循环次数较高，但种类较少，颜色单调。有机光致变色材料，如螺环烃类、缩苯胺衍生物、染料类、杂环化合物等，种类繁多、价格便宜、对光敏感度高，因而不仅已在高科技领域如光电信息记录材料方面得到应用，在民用行业也崭露头角，国外如美、德、日、俄、欧等国家已有用于服装、塑料 等的民用产品，而国内目前在这个领域还没有真正的生产厂家，一些研究机构如南开大学等已着手开发光致变色安全玻璃透明薄膜、光致变色纺织品、光致变色涂料等，并有部分产品通过了中试 15。目前国内外还在积极探索和开发新的高性能有机光致变色体系。虽然有机光致变色材料的研究取得了较大的进展，但也有不耐高温和容易疲劳的缺点，尤其是户外耐候性较差限制了其在建筑方面的应用，相反，无机光致变色材料却体现了很好的稳定性和耐疲劳性能。因此，近十年来，无机光致变色材料的研究重新引起了人们的重视，并开发了无机和有机复合光致变色材料及生 物光致变色材料 光致变色材料的研究涉及到合成化学、材料、电子、光化学诸多学科交叉领域 ,目前对于光致变色的研究与开发无论是国外还是国内都是方兴未艾。国内外总体的研究尚处于制备技术与基本理论的发展、完善阶段，有些应用只是潜在的，还需要广大科技学者共同努力以实现其广泛的应用。我国学者在该领域的研究开展较早，在某些方面的研究处于国际领先水平，但是由于经费投人和研究设施等条件的限制，很多方面还无法与发达国家的学者平等竞争，特别是在变色机理、物质结构与动力学关系等 方面与国外研究尚有一定的差距。今后研究工作的重 点是研制光学稳定性好、响应速度快、可逆循环次数高的实用新型光致变色材料 2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法。 课题研究的主要内容 以环状小分子（如对溴碘苯、对溴苯甲醛等）为基体，在催化剂和作用下进行合成反应，通过萃取、过柱分离、旋转蒸发等得到新产品。本课题主要是做小分子的合成及光物理性质的研究，通常用到的溶剂有四氢呋喃、 油醚、二氯甲烷等。通过对比硅胶板上的产物极性的大小，可以得到所需要的产品。对反应机理做出解释，提高合成产率。 究方案及研究方法 250口瓶中称入 溴碘苯， 加入约 40却至 氏度，缓慢加入丁基锂 5持续搅拌保持低温 30时溶液为黄色浑浊液。加入对溴苯甲醛 液变澄清。 90后加入去离子水搅拌过滤，萃取后，用石油醚：二氯甲烷 =5:4 过柱，第三个点（最后一个点）为产品（图 图 50底烧瓶内将原料 解，然后加入 温下搅拌过夜（ 13h）。将其转入另一烧瓶，用 涤反应器上的固体 3 4 次并转入烧瓶。旋干吸附的硅 胶，用石油醚二氯甲烷 =1:1 过柱子，得到白色固体（图 图 、本课题研究的重点与难点，前期已开展的工作 本课题的侧重点在于功能化有机小分子光电材料的合成。拟通过催化、加成、侧链加氢等方法，在小分子上不断接枝，完成合成反应，形成新产物。 点 1）催化剂的选择。拟用丁基锂、 三苯基磷 等催化剂，对反应的进行催化。 2）小分子发光化合物的分离。需要萃取，缓慢过柱。 3）反应产率的控制。拟通过少量多次的方法，把产率控制在一个稳定的百分点。 期已开展的工作 1）查 阅相关文献，对小分子光电材料的合成和光物理性质有一个初步的了解。 2）已开始做实验，对实验室的规定以及实验所需要的药品仪器有一定的认识，并完成了对溴碘苯的合成试验。 3）课题组对实验现象、所出现的反应情况以及解决方案等方面都有一定的实际经验。 4、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次写） 第 1 3 周 做前期准备，查阅相关资料，完成开题报告； 第 4 周 开题答辩； 第 5 10 周 阅读大量文献资料，积累经验，做相关实验，记录相关数据与现象； 第 11 周 完成中期报告，中期答辩； 第 12 14 周 做实验，并完成毕业设计（论文）； 第 15 周 毕业答辩。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 1,997,(9):170 2冯晓强 ,陈烽 ,侯询 J2000,21(3):1 3李佐邦 ,刘金刚 ,潘明旺等 J,2002,30:13)14 4 R, . 006, 12: 3186)3193 5, . 2000, 100: 1777)1788 6任家强 ,叶楚平 ,葛汉青等 J,2004, 41(2): 67)70, 90 7冯长根 ,王建营 2006, 26(7): 1012)1023 8, J. 2004, 33: 85)97 9, et J. 1982,104 (7): 1960)1967 10. 2000, 100: 1717)1739 11刘太奇 ,杨莉燕
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