[发明专利]π-共轭调控实现光刺激响应薄膜材料和制备方法及应用

说明书

本发明公开了π‑共轭调控实现光刺激响应薄膜材料的制备方法和应用，包括光激活磷光和光致变色。该制备方法主体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，客体分别为N,N‑二苯基‑2‑萘胺，N‑苯基‑2,2‑二萘胺和2,2,2‑三萘胺。本发明将客体分子以质量分数为5％的比例掺杂在主体PMMA溶液中，通过溶液挥发法实现具有光激活磷光和光致变色行为的光刺激响应薄膜材料。基于该特性，此类薄膜材料既可应用于防伪，信息加密和解密，可擦写材料等领域，也可作为光学变色太阳镜，具有快速响应、良好的透光性和抗疲劳性等优点。该制备方法简单、原料廉价易得，反应步骤少且产率高，该发明通过π‑共轭调控，为开发具有光激活磷光和光致变色特性的光响应材料提供了一种简单而有效的设计策略。

技术领域

本发明涉及光刺激响应材料领域，特别涉及一种通过π-共轭调控实现光激活磷光和光致变 色的光刺激响应薄膜材料和制备方法及其应用。

背景技术

功能有机π-共轭分子由于其在有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、记忆 器件、刺激响应等光电器件领域的潜在应用而倍受关注。通常，合理的分子设计是实现最佳光 电特性的关键，而这些特性与分子结构密切相关。目前，研究分子的π共轭结构对其相关性能 的影响是一个热门的研究课题。实际上，大多数有机光电材料都是基于π共轭小分子和聚合物 结构，它们的光电性质在很大程度上取决于分子结构的电子性质，特别地，共轭主链是决定能 级和带隙的主要因素。因此，深入了解材料的结构-性能关系是获得优异光电性能的关键。

有机材料在外界光刺激下，表现出发光颜色和外观颜色的可逆变化。显然，这种颜色的变 化可以直接被肉眼观察到，因此在数据加密存储、数据安全防伪，光电和生化设备等领域具有 巨大潜力，已经在科学界引起了极大关注与研究。到目前为止，高效的光响应材料仍相对少见， 部分原因是分子结构-性质关系不清楚，缺乏相应的设计策略。

为了深入阐明和理解π共轭分子的结构调控对其光电性能的影响，人们对π共轭分子进行 了大量的合成和分析，试图为进一步优化材料性能找到一些设计规则。例如，Jinsang Kim等 人合成了一系列纯有机荧光粉，研究了不同共轭长度对其磷光发射性能的影响。随着共轭长度 的增加，磷光量子产率降低，磷光寿命增加，发光颜色发生红移(Phys.Chem.Chem.Phys.,2015, 17,19096-19103)。这种策略证明π共轭的调节使材料性能得到一定程度的改善，但对性能的 影响是片面单一的。在此基础上，Zhao-sheng Qian等人报道了一组含呋喃的四芳基乙烯衍生 物，既具有AIE性质，又具有光化学反应引发的光致变色行为。四种化合物的颜色密度比较 表明，苯并呋喃官能团的存在比呋喃基团更有利于光诱导环化反应(ACS Appl.Mater.Interfaces, 2020,12,42410-42419)。由此可以看出，对于光诱导的有机自由基材料，大π-共轭配体可以稳 定其自由基(J.Am.Chem.Soc.,2010,132,3246-3247)。此方法既改变了材料的荧光性质，又稳 定材料的光致变色性能。但荧光材料相对于磷光材料来讲，荧光的内量子效率理论极限只有 25％，而磷光发光材料则可以达到100％。相较于荧光材料而言，磷光材料，特别是具备刺激 响应特性的室温磷光材料优势明显。因此，如何通过π共轭调节有机材料的磷光和光致变色行 为更是我们致力发展的目标。