手性萘酰亚胺分子在液晶基质中增强圆偏振发光性质研究

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圆偏振发光(CPL)在3D显示、信息加密存储和生物探针与成像等领域具有广泛的应用前景,CPL材料的研究受到了越来越多的关注。手性发光液晶材料兼具高度螺旋组装有序性和发光能力,是一种极具潜力的CPL材料。现有的有关液晶CPL材料的研究主要侧重在通过选择性反射CPL、能量传递CPL放大策略以及响应型CPL材料方面,对如何通过手性分子的结构优化提高掺杂液晶材料的圆偏振发光性质的研究报道较少。本文以不同给电子基团修饰的手性萘酰亚胺分子作为手性发光分子,诱导相列型液晶形成手性相列相(胆甾相)发光液晶(N*-LCs)材料获得较大的圆偏振发光信号。深入研究了不同手性萘酰亚胺分子结构对手性传递和圆偏振发光性质的影响,进一步制备了多色和白光液晶CPL材料。主要研究内容与结果如下:1.手性萘酰亚胺分子平面性对其在液晶基质中的圆偏振发光性质影响研究本章研究了手性荧光分子的平面性对其在液晶基质中的圆偏振发光性质影响。我们将聚集诱导发光(AIE)基团多芳基乙烯引入萘酰亚胺基团合成了两对结构平面性不同的D-A型AIE活性荧光分子(R-/S-1-1和R-/S-1-2)。二者分子在溶液态和聚集态的CD信号低于10 mdeg,且均未检测到明显的CPL性质(glum≈0),量子产率最高为3.7%。将其与相列相液晶N-LCs(5CB)进行掺杂得到的1-N*-LCs-1和1-N*-LCs-2能够表现出增强的CPL信号和更高的量子产率。与1-N*-LCs-1(glum=0.10,QY=5.6%)相比,1-N*-LCs-2表现出更高的量子产率(QY=15.6%)和CPL不对称因子(glum=±0.37)。理论计算表明R-/S-1-2的D-A结构位阻小,二面角为13.2 o,具有更平面的构象,R-/S-1-1的D-A结构间的旋转受限,分子结构更立体,二面角为63.5o。R-/S-1-2的平面性结构能够增强手性分子与液晶基元的相互作用,从而更加有效地进行手性共组装促进手性放大。因此通过提高手性发光分子的结构平面性能够促进液晶中的手性传递,该工作为我们设计高glum值的CPL材料提供了新的思路。2.手性萘酰亚胺分子线性对其在液晶基质中的圆偏振发光性质影响研究本章探索了手性荧光分子的线性结构对其在液晶基质中的圆偏振发光性质的影响规律。将咪唑菲醌(PIP)基团通过苯环的对、间、邻位连接到手性萘酰亚胺基团上,我们得到了分子结构分别为线型,折线型和V型的手性萘酰亚胺同分异构体(R-/S-2-1、R-/S-2-2、R-/S-2-3),分子在溶液态和聚集态的CD信号低于10mdeg,且均未检测到明显的CPL性质,但是将其分别与相列型液晶E7进行超分子自组装,得到的三对胆甾相发光液晶(2-N*-LCs-1、2-N*-LCs-2、2-N*-LCs-3)均表现出放大的CPL信号(R-/S-2-1:glum=±0.44,QY=18.5%;R-/S-2-2:glum=±0.37,QY=1.3%;R-/S-2-3:glum=±0.01,QY=4.7%)。通过对分子进行有序性测试表明R-/S-2-1、2、3有序参数SF分别为0.19、0.14、0.05。R-/S-2-1的线性结构使其在液晶中具有更高的有序度,其cosθμ,m更接近1,因此2-N*-LCs-1的glum值最大。线性分子结构能够增强其在液晶基质中的有序性,通过增加液晶材料中荧光分子的cosθμ,m进而获得更高的glum值。该工作表明通过提高分子线性程度能够提高组装有序性,从而能够增强CPL信号。3.手性萘酰亚胺分子在液晶基质中的圆偏振发光波长调控本章研究了类似结构的手性萘酰亚胺分子对液晶材料圆偏振发光波长的调控,制备了多色和白色液晶圆偏振发光材料。通过调控萘酰亚胺分子的电子给体(9,9-二甲基芴、四苯乙烯、三苯胺)得到了发射从480 nm到600 nm的手性(α-甲基苄胺)萘酰亚胺荧光分子(1a-1c)。将其与相列型液晶E7进行超分子自组装,调整蓝色手性分子1a与红光发射的手性分子1c掺杂比例可以得到白光发射(CIE:0.29,0.34)的CPL信号,glum≈±0.4。通过调控手性源(氨基丙醇)还可以对光谱进行10-20 nm的微调。调整1a与2c掺杂比例可以得到白光发射(CIE:0.31,0.33)的CPL信号,glum≈±0.4。该工作表明在液晶体系中可以通过类似结构的手性荧光团分子调配出白色圆偏振发光,提出了一种新的圆偏振发光波长调控方法。
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