基于二芳基乙烯的光开关聚合物材料的合成与应用

发布时间：2020-07-21 22:50

【摘要】：光作为一种刺激方式,由于其具有高时空分辨和数字化管理等优点,为光开关材料的智能设计提供了可靠的基础。光开关化合物二芳基乙烯以其优异的光化学性能成为了目前研究的热门方向。基于此,本论文合成了几种二芳基乙烯衍生物,并将其引入到聚合物体系中,系统地研究了它们的光开关性能,并对它们在信息加密、显示照明、逻辑门、细胞成像以及光可擦写图案等应用进行了一系列的探索。具体研究内容如下:(一)基于荧光共振能量转移(FRET)机理,以蓝色荧光染料4-乙氧基-9-(2-烯丙基)-1,8-萘二甲酰亚胺(EANI)、绿色荧光染料4-氨基-7-硝基-甲基丙烯酸乙酯苯并[1,2,5]恶二唑(NBDME)、红色荧光染料9-二乙氨基-5-氧基-苯并苯酚VA嗪-2-基丙烯酸甲酯(NRME)分别作为能量转移给体,以能级匹配的光开关分子4,4'-(八氟环戊烯-1,2-基)双(5-甲基噻吩-4,2-基))双(亚甲基)二丙烯酸二乙二醇酯(DTEDA)作为能量转移受体,通过细乳液聚合法制备了三种光开关荧光聚合物纳米粒子,同时分别用EANI、NBDME、NRME制备了三种对光稳定的荧光聚合物纳米粒子。然后通过混合不同颜色的荧光聚合物纳米粒子体系实现了在溶液和薄膜中从白光到全光谱发射的可逆调控。此外,光开关荧光聚合物纳米粒子体系还成功实现数据加密和光控发光二极管(LED)的应用。(二)将具有光开关性质的3-(3',3'-二甲基-6-硝基螺[色烯-2,2'-二氢吲哚]-1'-基)丙酸的螺吡喃衍生物(SP-COOH)引入到傒酰亚胺上,分别合成了具有绿色荧光的单取代2-(2-(5,6,12,13-四氯-9-(2-(2-((3-(3',3'-二甲基-6-硝基螺[色烯-2,2'-二氢吲哚]-1'-基)丙酰氯)氧)乙氧基)乙基)-1,3,8,10-四氧-9,10-二氢蒽并[2,1,9-def6,5,10-d'e'f']双异喹啉-2(1H,3H,8H)-基)乙氧基)丙烯酸乙酯(SP-PDI-DA)和双取代(((5,6,12,13-四氯-l,3,8,10-四蒽并[2,l,9-def6,5,10-d'e'f']双异喹啉-2,9(1H,3H,8H,10H)-双基)双(乙烷-2,1-双基))双(氧))双(乙烷-2,1-双基)双(3-(3',3'-二甲基-6-硝基螺[色烯-2,2'-二氢吲哚]-1'-基)丙酸甲酯)(SP-PDI)。此外,还合成了与之能级匹配的光开关分子双(4-(丙烯酰氧基)丁基)4,4'-(八氟环戊烯-1,2-基)双(5-甲基噻吩-2-羧基)(DTE-BA)。分别用SP-PDI-DA、SP-PDI与DTE-BA通过细乳液聚合制备了两种光开关荧光聚合物纳米粒子 PDI-SP-DTE 和 PDI-2SP-DTE。利用 FRET 原理,PDI-SP-DTE 和PDI-2SP-DTE可以在可见光和365 nm的紫外光交替照射下,纳米粒子的荧光在绿色和红色之间可逆切换,接着使用365 nm紫外光和254 nm的紫外光交替照射,纳米粒子在红色荧光和荧光猝灭之间可逆切换,实现红色荧光的“开”和“关”。PDI-SP-DTE和PDI-2SP-DTE也可以直接在可见光和254 nm的紫外光交替照射下,纳米粒子在绿色荧光和荧光猝灭之间可逆切换,实现绿色荧光的“开”和“关”。这种多波长调控的纳米粒子实现了在溶液和薄膜中多层次荧光开关的可逆调控。另外,该光开关荧光聚合物纳米粒子体系也成功地应用于逻辑门、信息多层次加密以及细胞成像研究。(三)将具有光开关性质的二芳基乙烯分子4,4'-(八氟环戊烯-1,2-基)双(5-甲基噻吩-4,2-基))双甲醇(DTE-CH2OH)引入到具有良好机械性能的聚氨酯(PU)里,采用一步缩聚反应的方法制备了一种含有二芳基乙烯的光开关聚氨酯(DTE-PU)。相比于目前现有的光开关材料,包含二芳基乙烯的聚氨酯具有较好的透明度和力学性能,光响应速度快,较好的耐疲劳性,表现出优异的光开关性能,并成功地将其应用在光可擦写图案和信息存储领域。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TQ317

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