通过外界环境(磁场、光、压力和温度等)的刺激来改变分子的聚集态结构,从而实现对物质光物理性质的调节,这在数字加密、传感以及防伪等方面都有着广泛的应用。通常,给-受体(D-A)扭曲的结构在极性环境中容易产生分子内电荷转移(CT)态。然而,这种CT态通常会导致电子跃迁禁阻,导致荧光猝灭。最近,华南理工大学马於光教授课题组报道的一种D-A结构分子显示出非常明亮的近红外荧光。经过研究发现,分子内存在局域-电荷转移杂化(HLCT)激发态,其同时具有局域激发(LE)态和分子内电荷转移的特征。相对于局域态,电荷转移激发态具有弱的激子束缚能,使得其对环境的改变响应特别灵敏,最常见的就是溶剂化效应。利用设计基于HLCT态的刺激响应变色材料是一种“双赢”策略:LE态部分有助于提高发光效率,而CT态部分则保证了对外界刺激的高度敏感性,可以显示出清晰的色差和较强的光穿透能力。本论文工作设计、合成了基于“局域-电荷转移杂化”激发态的有机共轭发光材料,着重研究外界环境(力、酸、水)刺激和分子聚集态结构与变色之间的关联。基于Suzuki和Knoevenagel反应,设计、合成了一种具有D-π-A结构的荧光染料DBPAN,由于聚集诱导荧光增强(AIE)和HLCT的协同效应,其晶体粉末和掺杂薄膜的荧光量子效率(PLYQs)分别达到77.2%和82.5%。由于HLCT态的存在,其可作为一种快速、有效的荧光探针定量检测有机溶剂中的痕量水,检测限可以低至0.017%(V/V);其次,由于吡啶可与质子(H~+)结合形成阳离子,该分子具有酸致变色性质,能通过颜色迅速响应外界HCl气体的刺激;最后,该染料分子掺杂的PMMA薄膜在静压力作用下可以从黄绿色(552 nm)变为暗红色(642 nm)。同时还设计合成了两种十字交叉结构的荧光染料PCbz和PDPA,相对于PCbz,PDPA具有更好的分子共平面性和波函数的重叠,因此PDPA晶体的荧光量子效率(PLYQs=33.7%)大于PCbz(24.9%)的。由于HLCT态的存在,它不仅使染料有较高的发光效率,而且能灵敏地响应外界刺激。两种物质PCbz和PDPA都可作为荧光探针定量检测有机溶剂中的水,其检测限LOD分别为0.0068%(v/v,THF)和0.0138%(v/v,THF)。两种物质PCbz和PDPA都有压致变色性质,灵敏度分别为η=6.4 nm/GPa和η=9.4 nm/GPa。为了在D-π-A材料体系中实现高亮度近红外荧光,构筑了聚集诱导荧光增强活性结构单位(TPAN)作为给电子体。将BTA引入刚性平面增加了分子有效共轭长度,不仅能增加分子的波函数重叠,还有助于光谱的红移。由于AIE和HLCT特性,BPMT晶体粉末发出近红外荧光(695 nm),PLYQs为30.3%。材料表现出了高对比度和强穿透性的力致变色性质,波长移动和灵敏度分别为120 nm和20.8 nm/GPa。BPMT掺杂的环氧树脂通过自组装方式在DBR镜面上形成了半球形微空腔,在735nm处产生激光,其阈值和Q-因子分别为7.6 kW/cm~2和1907。