光致变色吡唑啉酮/高分子聚合物复合薄膜的制备及性能

Homogeneous material is often unable to meet the requirements of high technology. Composite, low dimensional and intelligence material is the trend of the development of modern material. Organic photochromic materials have attracted considerable attention for their potential applications in high technologies. The requirements of high technology as the starting point for this project, excellent properties of composite thin film is fabricated by intruducing photochromic pyrazolones into macromoleclar polymer network. Spectral characteristics, fatigue resistance, thermal stability and quantum yield of thin film will be investigated. The optimum method for preparing photochromic pyrazolone/inorganic composite thin film will be selected. The law of influence for photochromic properties by polymer microstructure will be disscussed. The mechanism of photochromic compounds in macromolecular polymer network will be studied. This project can provide theoretical basis and technical support for application of photochromic organic materials in high density optical data storage device, optoelectronic devices, high anti-counterfeiting technology and so on.

均一材质的材料往往无法满足高新技术的发展要求，材料复合化、低维化、智能化是现代材料发展的必然趋势。有机光致变色材料因其在高科技领域的潜在应用而受到人们的广泛关注。本课题在前期工作的基础上，拟从高新技术应用对光致变色材料的技术要求出发，将吡唑啉酮类光致变色化合物掺杂分散到聚合物高分子基质中制备性能优良、具有可逆光致变色响应性的复合薄膜杂化材料。研究复合薄膜材料的光谱特性、耐疲劳性、热稳定性及量子产率，总结相关规律；优选制备高性能光致变色/聚合物复合薄膜材料的最佳工艺条件；探讨聚合物微结构对光致变色性能的影响规律，深入认识光致变色化合物在高分子聚合物网络基质中的变色机理；为有机光致变色材料在超高密度光信息存储器件、光电子器件和高端防伪技术等领域的应用及其器件化提供理论依据和技术支持。

有机光致变色材料是一类具有特殊光化学性质的新型功能材料，是光信息存储、分子开关、非线性光学、全息防伪等领域最具有应用潜力的高性能功能材料。而吡唑啉酮类光致变色化合物是一类可在粉晶状态下表现出可逆光致变色性能的化合物，是可以满足高科技领域对材料技术要求的新型固态功能材料。本项目在以下两个方面做了创新性而又系统的研究工作：.1．在吡唑啉酮分子结构中引入多个卤素原子、强吸电子基团或芳香杂环基团以调控分子轨道能级和稳定化能，设计合成了系列固态下具有优良可逆光致变色性能化合物，实现了光致可逆变色化合物的可控制备。利用元素分析、IR、NMR、MS等技术手段确定了化合物结构；采用紫外可见光谱仪和荧光光谱仪研究化合物的变色性能。结果表明：吸电子基团或芳杂环的引入均极大地改善了化合物的变色性能；多数化合物在紫外光的作用下变色，经加热颜色迅速消退，经多次循环测试没有明显衰减；当4位引入噻吩或吡啶基团时，化合物表现出了光致可逆的变色性能，白色或粉红色产物经紫外光照射后，再使用可见光照射处理，颜色返回到初始态。.2．针对吡唑啉酮类光致变色化合物的变色机理特点，从有机光致变色化合物/高分子聚合物复合杂化的角度出发，将变色性能优良的吡唑啉酮类光致变色材料与高分子聚合物（HPMC、PVA、明胶/黄原胶和PS）复合成功制备了系列功能薄膜材料，实现了吡唑啉酮类光致变色材料在高分子网络基质中的变色行为，初步探讨了其在信息存储中的应用。利用XRD研究了化合物在聚合物基质中的物相；使用TEM、SEM观察了粉末在复合薄膜中的形貌以及聚合物表面状态；使用UV和荧光光谱仪测试了复合薄膜的光致变色性能。研究结果表明：复合以后材料表面形态均整，粉末分散均匀；聚合物基质对变色化合物的变色性能影响不大，复合薄膜与粉末化合物的变色规律相一致。.本项目研究结果为进一步对该类材料的研究和开发提供了重要依据，也为这类材料的进一步实际应用提供了技术支持，对丰富有机光致变色体系和本学科系统的理论研究具有重要意义和科学价值。