基于二元光致荧光机理的双波段写入多色荧光阵列的构筑及调控机理研究

本课题提出基于光二聚（苯乙炔肉桂酸基）和光产碱（邻苯二甲酰亚胺氨基甲酸酯基）二元光致荧光机理的双波段写入多色荧光阵列的构筑及调控机理的研究思路。通过设计同时含苯乙炔肉桂酸基和邻苯二甲酰亚胺氨基甲酸酯基的光敏共聚物以及单分子自组装层，一方面利用365nm紫外（UV）可光诱导共聚物中苯乙炔肉桂酸基发生光二聚反应形成新的共轭π键结构，该结构分子在激发光的作用下可产生荧光效应；另一方面利用254nm UV光可诱导共聚物中邻苯二甲酰亚胺氨基甲酸酯基团发生光分解形成胺基，其与荧光胺分子作用而产生荧光效应。在详细研究二元光致荧光机理及其协同效应的基础上，采取不同的曝光方式来实现双波段写入多波段寻址的多色荧光阵列图案。该项目开展将为在有机功能材料的开发及其在有机传感器阵列、有机光电子器件、信息记录与显示等应用领域开辟一条新的途径，在基础科学研究和实际应用方面均有重要意义。

本课题基于光二聚和光产碱二元光致荧光机理，从分子水平开展了双波段写入多色荧光阵列的基础研究和应用探索。我们主要完成了四方面研究工作：第一、设计并制备了一系列含苯乙炔肉桂酸基团和邻苯二甲酰亚胺氨基甲酸酯基团的光敏单体化合物，系统研究了含上述光敏单体的分子结构、光化学行为、以及在365nm和254nm紫外光诱导下荧光发光与裂解机理。第二、设计并制备了一系列具有双波段敏感的光敏单体及光敏共聚物，包括螺吡喃和二乙炔基光敏单体（SPOH-DA）、香豆素和二乙炔基光敏单体（HCM-DA）、螺吡喃和二炔酸基光敏单体（SPC）、硝基螺吡喃-二炔酸光敏单体（SPCDA）、以及SMC-MMA光敏共聚物等，系统研究了双波段光敏单体及光敏共聚物的分子结构、光化学行为、以及光二聚反应与光产碱协同荧光发光机制。第三、采用二元紫外光刻掩模板曝光法，制备出双色乃至红绿蓝（RGB）三基色荧光阵列图案，研究了不同曝光区域光交联、光裂解过程、以及荧光发光过程。该部分还增加了荧光分子/纳米银复合体系的制备及其荧光增强效应的研究内容。第四、将光敏单体及共聚物进行不同方式的组装，利用双波段（365nm，254nm）紫外曝光方法，在不同基材上制备出双波段写入多波段寻址的荧光阵列及图案，包括：玻璃基板上制备荧光阵列图案、柔性基板上制备可见光图案、纳米压印及丝网印刷方法制备图案、荧光功能光子晶体组装阵列、LCE反蛋白石光子晶体制备双色图案。.依托本项目，共培养博士生3人，硕士生6人，其中5人已完成毕业论文。在国内外学术刊物发表期刊论文21篇，会议论文23篇。组织全国性学术会议2次，参加国内外学术会议8次，其中5人获优秀论文奖。与美国石溪大学Benjamin Chu教授和Benjamin Hsiao教授建立良好合作关系。本项目研究成果在国家安全部和公安部项目上得到应用推广并通过专家鉴定。后续研究成果将在有机传感器阵列、有机光电子器件、信息记录与显示等应用领域开辟新途径，该项目研究在基础科学研究和实际应用方面均具有重要意义。