新型压力—离子双重响应型荧光功能材料的合成与性质研究

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刺激响应型荧光材料是根据环境变化而改变自身的物理或者化学性质的一类功能型荧光材料。近年来,在新型荧光材料的研究中,刺激响应型荧光材料由于对外界刺激响应快速等优点而受到研究人员越来越多的关注,在药物控释、疾病诊断、智能光学材料、记忆器件、生物传感器、涂料和光电子器件等方面具有广泛的应用前景。目前对外界力响应以及自组装凝胶对离子响应的新型荧光材料的研究,由于其广泛的潜在应用,已经逐渐成为一个研究热点。本文分三个章节设计、合成具有压力变色和凝胶离子响应性质的荧光材料,研究了响应过程中的压力变色和成键作用机理。第一章:从刺激响应型荧光材料的定义、材料分类、作用机理以及各类材料在实际应用中的应用前景进行了概述;其中重点介绍了对外界力(如机械力和热力)响应型和有机凝胶材料对离子响应型两类刺激响应型荧光材料的研究发展现状。第二章:压力变色材料通过力刺激改变分子堆积模式从而实现固体荧光颜色转变,在信息材料和传感器方面具有重要应用。其中分子间具有相互π-π作用的蒽基在压力变色材料分子设计中被广泛运用,我们设计合成了一种具有压力变色性能的高度荧光发射材料2-(anthracen-9-yl)-4,5-diphenyl-1H-imidazole (ADPI)。通过培养和研究ADPI不同荧光的单晶,判断分子间的相互作用(氢键、π-π键等)造成单晶发光的差异;重要的是,机械力和热力可以可逆调控这些分子间的相互作用,这使得ADPI成为一种具有可逆调控固态发射独特性质的压力变色分子。结合不同晶体的荧光发射及单晶结构,通过对C1单晶研磨后和研磨后加热恢复样品的XRD衍射图研究,发现其研磨后和研磨后加热恢复两种样品的分子间堆积状态分别与C2和C3晶体堆积状态相符,据此推出晶体分子间相互转变主要是由于蒽基间的π-π堆积和咪唑间氢键作用的结果。另外研究发现,ADPI粉末在受到外界力(如机械力和热力)刺激时,粉末分子间也会表现出类似晶体分子间的相互作用。第三章:设计合成的一系列咪唑共轭体系材料中,ADPI可以与环己烷特定性的形成有机凝胶:ADPI的环己烷溶液在加热冷却后形成淡黄色的有机凝胶。通过电镜SEM、TEM和共聚焦荧光显微镜得到ADPI干凝胶的形貌图和荧光显微照片。独特的是,只有F离子可以与淡黄色有机凝胶作用使凝胶塌陷生成红色沉淀,并成功取得相应沉淀的单晶;红色沉淀在加入等量的水和甲醇后,去除添加溶液层,凝胶可以重新组装。通过对F离子滴定ADPI的THF溶液离子响应过程光物理性质研究,结合单晶XRD衍射数据,探讨了离子刺激响应过程中氟化作用可能进行的机理。
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