[发明专利]含有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子及其合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及含有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子及其合成方法，以及该含有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子在聚合物电光材料中的应用。

背景技术

材料的非线性光学(NLO)性能指的是材料能在激光的作用下，产生在光电场下相对于原子的电荷转移，从而出现了倍频效应，电光效应，光学混频，多光子吸收等一系列光学现象。电光效应(EO)就是一种典型的二阶非线性光学效应，是材料在外加电场下可实现自身折射率的变化。利用这种性质，可以实现通过改变外加电场的强度对材料中传输的光波的相位的控制，即实现了电信号向光信号的调制。实现这种功能的器件被称为电光调制器。

在当今信息时代的背景下，电子信息传输方式已经不能满足信息时代所要求的高速度数据传递与处理以及超大容量信息运算的要求，光子学的飞速发展为满足这一要求提供了巨大的潜力。与电子传输方式相比，光子传递具有许多优点，如良好的并行性、高频率、宽带宽、高速度、高密度以及抗电磁波干扰等等。早期对非线性光学材料的研究主要集中在无机晶体和半导体材料上，如铌酸锂(LiNbO₃)等，这其中的某些优秀的材料已经被广泛应用于光电子领域。而相比无机材料，有机聚合物电光材料具有明显的性能优势和广泛的应用前景，例如，更高电光系数值，更快的响应速度，更高的带宽以及更为优秀的可加工性能。因此，在近十年来，世界各地的科学家在非线性聚合物电光材料领域有非常广泛的研究，而设计合成更为高性能的电光活性分子，以及对聚合物材料的不断改进成为了研究热点。如何能在现有研究基础上，对电光活性分子的结构进行改进创新，从而更高效的提升材料的非线性电光响应，仍然是一个极具挑战性的课题。如文献：Burland，D.Optical Nonlinearities In Chemistry：Introduction.，Chemical Reviews，1994，94(1)，1-2.；Chang，C.C.，C.P.Chen，et al.Polymers for electro-optical modulation.Journal of Macromolecular Science-Polymer Reviews C，2005，45(2)，125-170。

聚合物电光材料的性能通常用电光系数r₃₃来表征，要获得较高的电光系数值，一方面可以通过优化发色团的结构，提升分子尺度的二阶非线性电光活性；另一方面可以提高材料极化过程的效率，更好的将微观的电光活性转换为材料宏观的电光系数值。近年来，在创造新型高性能发色团分子方面，国内外的研究人员已经有许多突出的研究成果，本案发明人也在这方面有一些研究进展(CN101497785(含树枝状结构三氰基吡咯啉受体的有机二阶非线性光学发色团及其合成方法和用途)；CN101845040A(树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团及其合成方法和用途))。

三蝶烯及其衍生物是一类具有独特的三维刚性结构的化合物，它们在过去的20多年内受到了人们很大的关注，并已在包括分子机器、材料化学以及超分子化学等许多领域内得到了广泛的应用。而在聚合物电光材料领域，有关三蝶烯的研究还鲜有报道。三蝶烯不仅具有独特的三维刚性结构，可以阻碍发色团分子之间的聚集作用，而且还拥有丰富的反应位点，可通过反应引入不同功能的官能团，或是实现发色团在聚合物链上的挂接。本发明就是在实验室已有的基础上，对发色团的电子给体部分结构进行改进，引入了三蝶烯的刚性结构，可有效阻碍发色团之间的偶极相互作用，提高极化效率，从而提升材料的电光系数。

发明内容

本发明的目的之一在于提供易于纯化，并且可通过反应引入各种功能性的官能团对材料的性能进行改进的一类给体端连有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子。

本发明的目的之二在于提供一种合成步骤简便高效的含有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子的合成方法。

本发明的目的之三在于提供含有三蝶烯刚性立体结构的发色团分子在聚合物电光材料中的应用。