有机双光子吸收材料的合成与表征2

有机双光子吸收材料的合成与表征第1页，共23页。双光子吸收过程一般是两个光子同时被一个分子吸收，或者在极短的时间内两个光子被一个分子相继吸收，一般两个光子吸收的时间差小于0.1飞秒（1飞秒=10-15秒）。一般认为吸收是经过一个假想态（virtualstate），然后到达一个分子的激发态。1.双光子吸收过程原理及应用第2页，共23页。a双光子吸收b单光子吸收S单线态能级，T三线态能级，V虚拟中间态，hv

吸收光能量，Fl荧光，Ph磷光，Ⅺ系间窜越双光子吸收示意图第3页，共23页。1931年Goppert-Mayer理论上证明了双光子吸收过程的存在；20世纪60年代激光器出现后，实验观测到双光子吸收现象；由于缺少大的双光子吸收截面材料（均小于10-48cm4•s/photon），限制了其应用研究；20世纪90年代后，大双光子吸收截面有机分子被逐渐发现（10-46cm4•s/photon）1.2双光子吸收的发现与研究第4页，共23页。单光子吸收的强度与入射光强成正比（线形吸收），双光子吸收的强度与入射光强的平方成正比（非线形吸收）；单光子吸收的辐照光源一般在紫外区（≤400nm），双光子在可见-近红外区（≥800nm），长波长使得入射光的损耗较小，在介质中的穿透性好；1.3

双光子吸收的优点第5页，共23页。1.4双光子吸收的应用双光子过程以其特有的三维处理能力和极高的空间分辨率而在生物、物理、化学、医学、微电子技术等广泛领域显示出变革性的应用潜力。双光子上转换激光、双光子光限幅、双光子三维光存储、双光子光动力学疗法、双光子生物荧光显微镜、双光子光聚合等。第6页，共23页。1.5应用举例双光子聚合双光子聚合机理与单光子基本相同，惟有光子的吸收机理不同。第7页，共23页。第8页，共23页。Kawata将计算机辅助设计和双光子聚合技术相结合，成功的制造出了红细胞大小的立体公牛（长10μm，高7μm）（Nature,2001,412:697~698）。另外还制作出了一个微小的弹簧，弹簧的直径为300nm，用激光作动力拉动弹簧，测出了弹簧的弹性常数为8.2nNm-1。光子晶体是用于控制光的一种器件，工作原理与半导体类似。第9页，共23页。2.有机双光子吸收材料的研究进展一般要求：具有共轭大π键，吸电子基团，给电子基团，如D-π-D,D-π-A-π–D,A-π-A,A-π–D-π-A,A-π–D结构等，共轭大π键越长，吸收截面越大；分子的偶极矩及极化率都对分子的吸收截面有重大影响。第10页，共23页。2.1二苯乙烯体系1998年，Albota等人报道了以反式二苯乙烯为共轭电子中心，不同共轭长度和不同给电子取代基的有机双光子吸收材料Science1998，281：1653

第11页，共23页。2.2二烷基取代芴体系Prasad研究组合成了一系列不同取代端基的烷基取代芴衍生物Chem.Mater.1998，10：1863

第12页，共23页。AFX系列双光子吸收材料

Chem.Mater.2001，13：1896第13页，共23页。2.3联苯体系2.4蒽体系2.5二噻吩并噻吩体系2.6二氢菲体系第14页，共23页。2.6配合物分子体系

J.Mater.Chem.2005，15：579

Angew.Chem.Int.Ed.2004，43：2

第15页，共23页。2.7多分枝分子体系第16页，共23页。第17页，共23页。第18页，共23页。2.8自组装体系第19页，共23页。3.三嗪衍生物的制备与光学性质研究第20页，共23页。3.12，4，6-三（3-（N-乙基）咔唑乙烯基）均三嗪的制备与光学性质第21页，共23页。TC系列化合物在四氢呋喃溶液中的单光子吸收（左）和荧光（右）λ(1)maxaλflmaxbΔνSTcλflmax

dσ2eσ2/MW

fTg——TC239145937894873970.745(1.0)TC340046434884909941.347(1.8)aλmaxoftheone-photonabsorptionspectrainnm.bλmaxoftheone-photonfluorescencespectrainnm.cStokesshiftincm-1(1/λ(1)max─1/λflmax).dTPEFpeakpositioninnm.eTPAcrosssectioninGM.