吡啶类有机非线性光学晶体的结构设计、合成与性能

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有机非线性光学晶体拥有大的二阶非线性系数,高的电光系数以及较低的介电常数。在THz领域中,基于有机非线性光学晶体的THz辐射源具有相位匹配条件简单、带宽大和易于实现等优势受到广泛关注。对有机分子D-π-A吡啶阳离子结构进行再设计,寻找出合适的给体部分与阴离子相组合,设计出新型衍生物,能够进一步获得性能优异的晶体材料。羟基是经典的阳离子电子给体,促进了SHG活性分子的排列,增大微观非线性。本文将羟基设为单一给体部分,置于苯环上的间位,合成出3-HBST晶体。对3-HBST晶体进行大尺寸高质量生长,晶体最大尺寸可达13×7×3.5 mm3。生长出的晶体经同步辐射白光形貌术分析后证明质量较好。除此之外,对3-HBST晶体进行紫外可见近红外透过、热稳定性和介电性能分析,有着较好的光学透过率和热稳定性,是一种有潜力的有机非线性光学晶体材料。本文还在羟基的基础上增加给体基团的多元性,通过在阳离子基团中苯环的不同位置引入甲基和甲氧基,设计出新型吡啶晶体材料HDST和DOTT。从晶体原料合成到晶体生长再到性能表征,发现此类材料有着较低的介电常数和介电损耗,较高的热稳定性和光学透过率。通过SHG测试,发现晶体有二阶非线性信号产生。除此之外,对吡啶衍生物的阴离子进行设计,引入苯磺酸根阴离子,设计出HDS-BS和HBS-BS。探究去甲基后的阴离子主体对晶体性能的影响,对该晶体材料进行光学、电学和热学方面的测试,发现材料有着较低的介电常数和较好的热稳定性。以碘离子作为阴离子,设计出3-HBSI、HDSI和DOTI。对这些有机碘化吡啶类衍生物进行原料合成和晶体生长,测试发现其在Vis-NIR波段有很高的光学透过率。
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