共轭聚合物是一种有机材料,具有良好的光学性质及电学性质,是有机光电器材和生物检测的重要材料,被广泛应用于光电二极管、场效应管和太阳能电池。共轭聚合物链的光学和电学性质很大程度上取决于共轭单元微观结构和它们所处的局部环境。共轭聚合物单分子的光学探测有助于了解微观尺度共轭聚合物的物理特性,例如能量转移、电子转移、构象变化等,对了解共轭聚合物的宏观特征并对上述光电器件性能的改善具有指导意义。共轭聚合物中的能量转移是影响其光物理特性的重要物理过程。系综水平研究往往将聚合物中能量转移动力学信息掩盖在平均信息中,无法获得微观尺度能量转移动力学信息。单分子光学探测消除了系综平均效应,在研究纳米尺度物质的光物理特性方面具有系综水平研究无法比拟的优势。在单分子荧光光谱的帮助下,人们已经对共轭聚合物的光学性质进行了广泛的研究。但通常的单分子探测只能获得发色团发射的荧光信息,研究共轭聚合物中能量转移过程及其动态演化需要同时获得共轭聚合物单分子的吸收和发射特性及其实时演化。本论文主要研究内容是利用单分子光学探测技术测量了不同环境下共轭聚合物单分子光物理特性,探究了构象和界面条件对共轭聚合物光物理特性的影响;进而利用相位调制的脉冲对泵浦探测技术,结合宽场散焦成像和共聚焦二维偏振探测,测量单个共轭聚合物分子吸收和发射特性,研究共轭聚合物单分子能量转移的动态演化过程。主要开展的研究工作如下:1.不同环境下共轭聚合物单分子的光物理特性。研究了利用不同溶剂(甲苯/氯仿)制备的共轭聚合物分子光物理特性。发现利用甲苯溶剂制备的共轭聚合物单分子表现为折叠构象,由于发色团之间有效的能量转移,导致其具有单发色团发光特性;而利用氯仿溶剂制备的共轭聚合物分子表现出延伸构象且具有多发色团发光特性。通过测量荧光偏振线性二向色度与脉冲对激发下分子荧光调制深度,发现甲苯溶剂制备的共轭聚合物单分子具有相对固定的吸收和发射偶极矩。研究发现改变界面环境,将分子制备到镀有氧化铟锡(ITO)膜的玻片上,由于引入非辐射通道,改变了分子寿命。2.基于宽场散焦荧光成像,利用相对相位调制的脉冲对序列激发共轭聚合物单分子,并对荧光做傅立叶变换,研究了PFO-DBT单分子吸收和发射特性的演化。单个聚合物链的散焦图像的变化反映了发射角的角分布,从而代表了不同发射偶极取向。同时,通过调制脉冲对的相对相位并对光致发光荧光进行傅立叶变换,可以在重构的频域成像中获得PFO-DBT分子发色团的吸收偶极取向。实验中区分了单个PFO-DBT共轭聚合物分子发色团的三种情况:PFO-DBT单分子吸收和发射发色团的偶极取向均保持恒定;吸收和发射发色团之一发生变化,吸收和发射发色团均发生变化。3.基于共聚焦荧光成像系统,通过偏振测量获得共轭聚合物单分子的线性二向色度,用来表示发射偶极取向的变化;同时,通过调制脉冲对的相对相位并对获得的荧光信号进行傅立叶变换,得到荧光调制强度与调制信号,获得吸收偶极取向的变化,进而分析其能量转移动态演化过程。本工作的创新之处在于在宽场散焦成像和共聚焦成像系统中研究了不同环境下共轭聚合物单分子的光物理特性实现了具有不同偶极取向的共轭聚合物分子吸收与发射发色团之间相关性的同时及实时测量,并且研究了共轭聚合物单分子能量转移的动态演化过程。