有机纳米光电材料的制备、性能及应用研究

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有机纳米材料由于结构独特、性能优异,展现出诱人的应用前景,已成为材料科学中的研究热点。但是与无机和金属纳米材料不同,有机纳米材料作为一个新的研究领域,其研究还处于起步阶段,理论还很不成熟,制备技术还有待完善。尤其是有机分子的多样性,使得将纳米微粒的研究从无机领域拓展到有机领域时,个体的差异性变得突出,适用于这类化合物的理论也许对于其他种类的化合物就不适用。但是有机纳米材料所具有的特殊光电性能、灵活的可修饰性赋予我们广阔的设计、制备有机发光材料的空间,挑战和机遇并存。TB类化合物具有刚性A-型扭转构型,由于空间位阻作用不利于形成易引起“固态荧光淬灭”的π-π密堆积。我们合成了一种新颖的Λ-型主体红光材料2,8-双[2-(5,5-二甲基-环乙烯基-2-烯基)丙二腈]-6H,12-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛(DMCEM),并对其基本物理化学性质进行了表征。研究表明:DMCEM是一种具有聚集态荧光增强性质的发光材料,而且合成简单。我们采用再沉淀法制备了DMCEM不同粒径的纳米颗粒,研究了所制备的纳米颗粒的光物理性质。研究结果表明:聚集态荧光增强的主体红光材料DMCEM的纳米颗粒的光学性质具有尺寸效应。它的这种光学性质的尺寸效应不仅为调节发光材料的颜色提供了一条新的途径而且还将扩大其应用领域。我们采用简单的再沉淀法成功制备了两种TB类化合物(TBFB-BP和TBFB-TPA)的纳米颗粒的悬浊液,并进一步研究了TB类化合物纳米材料的光学性质。研究发现所制备的TBFB-BP和TBFB-TPA纳米材料是有规则球状形貌的多晶颗粒。TBFB-BP和TBFB-TPA纳米颗粒悬浊液的光学性质具有尺寸效应,对于TBFB-BP不同尺寸的纳米粒子悬浊液来说,其吸收光谱随粒径的增大红移,其荧光强度增强,荧光寿命延长。这可能由于随着纳米粒径的增加,纳米粒子的晶格状态变硬,从而使得振动驰豫降低。但是对于极性更强的TBFB-TPA来说,由于溶剂效应,其发射光谱随着粒径的增大逐渐蓝移。在这里我们对分子极性对尺寸效应的影响进行了研究。这种荧光分子纳米颗粒的尺寸效应为调节荧光分子的颜色提供了一种新的方法。在光电器件方面有潜在的应用价值。掺杂工艺在制备相互之间有能量转移的荧光材料的有机电致发光器件中已经得到广泛应用,因为这种方法不仅能提高器件的发光效率,还能调节器件的发光颜色,在本论文中我们将掺杂工艺引入有机纳米材料领域。选用溶液和固态下都有强蓝色荧光发射的TBFB-TPA与有聚集态荧光增强特性的红光发射芴酮-胺类衍生物1DPAFO、2DPAFO,制备了TBFB-TPA/1DPAFO和TBFB-TPA/2DPAFO混合有机纳米颗粒并研究了混合纳米材料的光学性能。研究发现:TBFB-TPA在所制备的混合纳米粒子中和1DPAFO、2DPAFO存在Forster共振能量转移。通过调节它们的比例成功地制备了发光颜色由蓝到白直至到红的混合有机纳米颗粒悬浊液。在制备TKPVB纳米聚集体时,通过添加lysozyme,我们制备了生物-有机纳米超结构并发现lysozyme和TKPVB纳米聚集体之间的相互作用会影响其光物理性质。我们对TKPVB在纯水和lysozyme水溶液环境中形成的纳米聚集体的形貌和光物理性能进行了研究。发现在这两种坏境下,TKPVB分子都形成了棒状纳米结构。lysozyme水溶液中,形成的棒状结构长度比较短。这是由于lysozyme分子表面的疏水区域与TKPVB分子的相互作用阻碍了TKPVB分子的自组装。在初期,Lysozyme不仅阻碍了TKPVB分子的进一步的结合而且还减慢了其自组装的速度。这可能就是造成J-聚集吸收带和发射峰峰位明显红移、荧光强度增加的原因。随着TKPVB纳米聚集体浓度的增加,TKPVB/lysozyme纳米超结构中色氨酸发射峰位的持续蓝移说明:Lysozyme在第三结构层面发生构象改变。我们还发现改变溶剂的pH值可以改变TKPVB/lysozyme纳米超结构的荧光发射。当TKPVB/lysozyme纳米超结构分别处于中性和酸性条件下,发出两种不同颜色的荧光。Zeta电位数值显示:静电相互作用力在TKPVB、lysozyme这两种组分结合中起了很大的作用。KPVB/lysozyme纳米超结构在探测复杂环境的pH值、生物分析、在活体中传输小分子等方面都有潜在的应用价值。
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