[發明專利]π-共軛調控實現光刺激響應薄膜材料和制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110753046.0
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113637467A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 李振;楊玉杰;方曼曼;楊杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09K9/02
• 分類號: C09K9/02;C09K11/02;C09K11/06;G02C7/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明公開了π?共軛調控實現光刺激響應薄膜材料的制備方法和應用，包括光激活磷光和光致變色。該制備方法主體為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，客體分別為N,N?二苯基?2?萘胺，N?苯基?2,2?二萘胺和2,2,2?三萘胺。本發明將客體分子以質量分數為5％的比例摻雜在主體PMMA溶液中，通過溶液揮發法實現具有光激活磷光和光致變色行為的光刺激響應薄膜材料。基于該特性，此類薄膜材料既可應用于防偽，信息加密和解密，可擦寫材料等領域，也可作為光學變色太陽鏡，具有快速響應、良好的透光性和抗疲勞性等優點。該制備方法簡單、原料廉價易得，反應步驟少且產率高，該發明通過π?共軛調控，為開發具有光激活磷光和光致變色特性的光響應材料提供了一種簡單而有效的設計策略。

技術領域

本發明涉及光刺激響應材料領域，特別涉及一種通過π-共軛調控實現光激活磷光和光致變 色的光刺激響應薄膜材料和制備方法及其應用。

背景技術

功能有機π-共軛分子由于其在有機場效應晶體管(OFET)、有機發光二極管(OLED)、記憶 器件、刺激響應等光電器件領域的潛在應用而倍受關注。通常，合理的分子設計是實現最佳光 電特性的關鍵，而這些特性與分子結構密切相關。目前，研究分子的π共軛結構對其相關性能 的影響是一個熱門的研究課題。實際上，大多數有機光電材料都是基于π共軛小分子和聚合物 結構，它們的光電性質在很大程度上取決于分子結構的電子性質，特別地，共軛主鏈是決定能 級和帶隙的主要因素。因此，深入了解材料的結構-性能關系是獲得優異光電性能的關鍵。

有機材料在外界光刺激下，表現出發光顏色和外觀顏色的可逆變化。顯然，這種顏色的變 化可以直接被肉眼觀察到，因此在數據加密存儲、數據安全防偽，光電和生化設備等領域具有 巨大潛力，已經在科學界引起了極大關注與研究。到目前為止，高效的光響應材料仍相對少見， 部分原因是分子結構-性質關系不清楚，缺乏相應的設計策略。

為了深入闡明和理解π共軛分子的結構調控對其光電性能的影響，人們對π共軛分子進行 了大量的合成和分析，試圖為進一步優化材料性能找到一些設計規則。例如，Jinsang Kim等 人合成了一系列純有機熒光粉，研究了不同共軛長度對其磷光發射性能的影響。隨著共軛長度 的增加，磷光量子產率降低，磷光壽命增加，發光顏色發生紅移(Phys.Chem.Chem.Phys.,2015, 17,19096-19103)。這種策略證明π共軛的調節使材料性能得到一定程度的改善，但對性能的 影響是片面單一的。在此基礎上，Zhao-sheng Qian等人報道了一組含呋喃的四芳基乙烯衍生 物，既具有AIE性質，又具有光化學反應引發的光致變色行為。四種化合物的顏色密度比較 表明，苯并呋喃官能團的存在比呋喃基團更有利于光誘導環化反應(ACS Appl.Mater.Interfaces, 2020,12,42410-42419)。由此可以看出，對于光誘導的有機自由基材料，大π-共軛配體可以穩 定其自由基(J.Am.Chem.Soc.,2010,132,3246-3247)。此方法既改變了材料的熒光性質，又穩 定材料的光致變色性能。但熒光材料相對于磷光材料來講，熒光的內量子效率理論極限只有 25％，而磷光發光材料則可以達到100％。相較于熒光材料而言，磷光材料，特別是具備刺激 響應特性的室溫磷光材料優勢明顯。因此，如何通過π共軛調節有機材料的磷光和光致變色行 為更是我們致力發展的目標。