有机非线性光学材料的微纳米结构制备和性能研究

Miniaturization has become one of the main development directions of optoelectronic devices. As a hot topic in optoelectronic technology, organic micro-nano structures which possess large nonlinear optical effects have attracted significent attention due to their promising applications in the fields of chemical sensors, organic lasers, light emitting diodes and optoelectronic chips. This project intend to design and synthesize two series of organic molecules with excellent nonlinear optical properties. By introducing chiral groups and using other methods to adjust the intermolecular and molecule-substrate interactions, organic micro-nano structures with special size and morphology could be obtained through supramolecular self-assembly. The optical and electrical properties of organic micro-nano structures will be investigated by means of fluorescence emission, second harmonic generation, the Z-scan technology and other methods. By exploring different methods of two-dimensional and three-dimensional ordered system construction, orderly array and pattern micro-nano structures will be achieved to manufacture high performance micro-nano optoelectronic devices such as optical waveguide. In order to explore the new applications of organic nonlinear optical materials, the relationship of molecular design, structural design and material properties will be studied based on the experimental work.

微型化已成为当前光电子器件重要的发展方向。具有大的非线性光学效应的有机微纳米结构在光波导、化学传感器和有机激光等器件的制造方面具有广阔的应用前景，是近年来光电子技术和器件的研究热点之一。本项目将以具有优良非线性光学性能的有机吡啶盐和D-π-A型共轭盘状有机分子为基础，通过引入氢键、手性、液晶性等方法来设计合成有利于构筑微纳结构的分子结构单元。进而运用超分子自组装技术，借助分子间、分子与基底间的相互作用，获取具有特殊尺寸和特定形貌的有机微纳米结构。通过荧光发射、二次谐波产生、Z扫描技术等手段研究有机分子和微纳米结构的光电性质。筛选性能优良的非线性光学材料，探索构筑二维乃至三维有序体系的实验条件和方法，制备有序化阵列乃至图案化的微纳米结构并制作光波导等微型光电子器件。在实验工作的基础上，深入研究分子设计、结构设计与材料性能之间的关系，为探索有机非线性光学材料新的应用提供理论和实验支持。

具有大的非线性光学效应的有机微纳米结构在光通讯、化学传感器和有机激光等领域具有广阔的应用前景，是近年来光电子技术和器件的研究热点之一。本项目设计合成了一系列含氮杂环有机盐和以卟啉为盘核的共轭盘状有机分子，通过引入不同的给受体结构，设计合成有利于借助氢键、手性、液晶性等结构特点构筑微纳结构的分子结构单元。在合成的有机分子基础上，运用超分子自组装技术，借助分子间以及分子与基底间的相互作用，成功制备了一系列具有特殊尺寸、特定形貌和优良光电性能的有机微纳米结构。接下来，以非线性光学材料构筑的有机微纳结构为基础，制备和构建了有机单晶、光限幅器件、光电探测器、有机太阳能电池、衍射光栅、电子纸以及表面增强拉曼标记物等多种微型光电器件，并在应用领域进行了多方面的探索。取得的主要成果包括：制备了表面增强拉曼检测的金属基底，将其与非线性分子组合起来构筑了高效的表面增强拉曼检测标记物；将合成的卟啉分子制备成纳米粒子用于癌症的光动力治疗并取得了良好的效果；通过改变主链结构（构建单元）和侧链结构（烷基侧链），有效地调节了给受体型共轭聚合物的迁移率、光谱吸收和给受体材料的共混度，成功地制作成全聚合物的光电探测器；进行了基于光子晶体的多类型光电子器件的制备和性能研究；采用合成的光响应性手性螺烯化合物实现了对液晶光学性能的调控；另外通过光聚合在蓝相液晶体系中形成有特定形状的高分子网络，实现了磁写入液晶型电子纸的初步模型。在上述工作的基础上系统研究了分子结构、微纳米结构与光电性能之间的内在关联和相互关系。本工作为开拓有机非线性光学材料新的应用领域进行了多方面的探索，所取得的成果对此类材料在微纳结构和微型器件制备方面的研究具有良好的借鉴意义。