高稳定有机电光分子玻璃的设计、制备与性能研究

Organic electro-optic （EO）materials have important applications in the high-performance optical waveguide devices. Among them, owing to the defined structure, avoidance of phase separation, and the benefit for the structure-properties relationship studies, organic EO molecular glasses become the important research branch of organic EO materials. On the other hand, the temporal stability of EO materials at higher temperature has important influence on the materials’ practical use and device application. However, the present reported organic EO molecular glasses rarely possess promising stability. Aimed to develop organic EO molecular glasses with larger EO activity and excellent stability, this project will design and synthesize a series of nonlinear optical chromophores using indacenodithiophene derivatives as the conjugated electron bridge, and discuss their potential application as organic EO molecular glasses. Meanwhile, the EO activities and temporal stabilities of the obtained EO molecular glasses will also be characterized, and the structure-properties relationship will be analyzed. The excellent organic EO molecular glasses will be screened, and their application in optical waveguide devices and the possibility of commercialization will be explored. Based on the above research, this project will provide new strategy for the preparation of excellent organic EO molecular glasses, and also develope organic EO materials with high performances.

有机电光材料在高性能光波导器件制作中具有重要应用。其中，有机电光分子玻璃因具有确定的结构、可避免宏观相分离和便于构效关系研究等优点成为有机电光材料研究的重要组成。另一方面，材料的电光性能稳定性也是材料实用化、器件化的关键，然而，目前报道的电光分子玻璃在较高温度下的的稳定性仍需进一步提升。本项目以开发同时兼具较大电光系数和较高热稳定性的电光分子玻璃为目标，以引达省类芳杂稠环为共轭电子桥，设计、制备系列非线性光学发色团，讨论它们作为电光分子玻璃的可行性，同时对材料的电光性能和电光性能稳定性进行测试，分析分子玻璃结构与材料性能之间的构效关系，筛选性能优异的电光分子玻璃，探索它们在光波导器件中的应用以及商业化的可行性。基于上述研究，本项目力争为制备高性能有机电光分子玻璃材料提供新的思路，同时开发出高性能有机电光材料。

有机电光材料是制备高性能光波导器件的重要材料，对提升信息传输速率和质量、提高人们生活水平具有重要的影响。本项目以开发优异的有机电光材料为出发点，围绕电光分子玻璃、发色团构效关系和材料应用开展了系列研究工作。.（1）项目以引达省并二噻吩为构筑基团，开发了一种热分解温度超过300℃、玻璃化转变温度达到137℃的高稳定电光分子玻璃，材料经溶解、旋涂、极化加工后测得最大电光系数达87pm/V，n3r33达到536pm/V，85℃放置300小时后，极化薄膜的电光性能保持在起始值的85%以上，该工作为开发高稳定有机电光材料提供了新的思路。.（2）项目探索了基于久洛尼定的苯并呋喃和香豆素作为电子给体在非线性光学发色团设计中的应用，这些稠环化合物相比于传统的电子给体体现出一定的优势，在此基础之上，项目组研究了给体/受体组合对非线性光学发色团性能的影响，研究表明优异发色团的设计不能盲目的使用强的电子受体和电子给体，电子给体、受体和共轭电子桥需要合理组合，同时，研究还发现非线性光学发色团的形状对材料宏观性能有重要影响，具有“X”型结构的非线性光学发色团的电光系数达到了棒状发色团的2.5倍。.（3）项目设计合成了含有叔丁基二苯基硅醚基团的非线性光学发色团，得到了玻璃化转变温度为75℃、电光系数为160pm/V的单分子电光分子玻璃，相关研究论证了叔丁基二苯基硅醚基团对有机小分子成膜性能的重要影响，使电光分子玻璃的构筑变得更简单，同时也为改善引达省并二噻吩类非线性光学发色团的成膜性、开发高稳定有机电光分子玻璃找到了有效途径。.（4）项目基于有机电光材料设计、制备了系列MZ型干涉仪，相关器件在硝基苯类化合物的检测中具有较快的响应速度和较低的检出限，相关工作为基于引达省并二噻吩的非线性光学发色团的应用，特别是MZ型电光调制器件和传感器的设计积累了宝贵的经验，同时也拓宽了有机电光材料的实际用途。