金屬酞菁的光物理性質(zhì)研究.pdf

1、新型材料的合成、表征和性能的優(yōu)化是材料科學(xué)研究的重要內(nèi)容，對(duì)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了極其重要的基礎(chǔ)。對(duì)光信息、光電子學(xué)和醫(yī)療健康等領(lǐng)域來(lái)講，材料的光學(xué)性能、超快光動(dòng)力學(xué)和三階非線(xiàn)性光學(xué)性能對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有關(guān)鍵性的意義。金屬有機(jī)物被視為是一種具有特殊性質(zhì)的材料，例如金屬酞菁，本論文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算兩方面對(duì)金屬酞菁進(jìn)行了研究。我們采用的實(shí)驗(yàn)研究手段包括吸收光譜、飛秒泵浦一探測(cè)、光克爾效應(yīng)(OKE)和z—sc鋤技術(shù)，而采用的計(jì)算方法則有Hartr

2、ee-Fook(HF)、時(shí)間相關(guān)密度泛函理論(TD—DFT)、有限場(chǎng)理論(阡)和態(tài)求和(SOS)方法等。本論文說(shuō)明了各種因素，如外圍取代、中心取代、二聚化、多聚體連接等，對(duì)材料吸收譜、超快動(dòng)力學(xué)和三階光學(xué)非線(xiàn)性效應(yīng)的影響。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下： 1．通過(guò)可見(jiàn)吸收譜的研究，探求了外圍取代等對(duì)金屬酞菁溶液吸收譜和薄膜吸收譜的影響。在金屬酞菁制備成薄膜時(shí)，它們會(huì)趨向于形成規(guī)則排列的分子晶體，受分子間相互作用的影響，它的吸收帶會(huì)紅移

3、。通過(guò)加入分子周邊取代和中心取代，從而引入空間位阻效應(yīng)使薄膜的結(jié)構(gòu)變?yōu)榉嵌ㄐ?，表現(xiàn)在其吸收帶的線(xiàn)寬變窄，紅移變小。另外，由Hanree—F∞k(嚇)優(yōu)化金屬酞菁的結(jié)構(gòu)，可以明了中心離子、中心取代基等對(duì)分子結(jié)構(gòu)的影響，而時(shí)間相關(guān)的密度泛函理論(TD-DFT)對(duì)激發(fā)態(tài)的計(jì)算則可模擬這些金屬酞菁的吸收譜。 2．由超快動(dòng)力學(xué)(飛秒泵浦一探測(cè)等實(shí)驗(yàn))揭示的薄膜內(nèi)的激子行為是雙分子過(guò)程和單分子過(guò)程的結(jié)合，例如激子一激子湮滅和系間交叉過(guò)程。我

4、們的研究結(jié)果表明：金屬酞菁的不同結(jié)構(gòu)對(duì)這些過(guò)程有明顯的影響，通過(guò)分析超快動(dòng)力學(xué)揭示了其中聯(lián)系。在金屬酞菁薄膜中，F(xiàn)renkel激子和CT激子都有可能存在，并且表現(xiàn)不同的弛豫行為。這兩種激子在一種基于勢(shì)能曲線(xiàn)的模型上看，區(qū)別在于激發(fā)態(tài)電子是否能夠躍過(guò)分子間勢(shì)壘，而分子間距和激發(fā)光子能量決定了這個(gè)因素。正如分子間距可以通過(guò)引入外圍取代基來(lái)控制，F(xiàn)renkel激子和凹激子的主導(dǎo)地位也可以通過(guò)引入外圍取代基來(lái)控制。通過(guò)HF方法優(yōu)化正負(fù)離子等的結(jié)

5、構(gòu)和用TD—DFT計(jì)算激發(fā)態(tài)，模擬計(jì)算了Frenkel和CT激子的吸收譜，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的良好一致性證明了上述的模型。 3．材料的三階光學(xué)非線(xiàn)性系數(shù)可以通過(guò)光學(xué)克爾(OKE)效應(yīng)和z—scan等實(shí)驗(yàn)來(lái)研究，也可以通過(guò)有限場(chǎng)(FF)方法和態(tài)求和(SOS)方法來(lái)計(jì)算。通過(guò)這些研究，我們發(fā)現(xiàn)中心金屬原子、二聚化等對(duì)酞菁分子的三階光學(xué)非線(xiàn)性有很大的影響。特別地，發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一族金屬，帶有越大金屬原子的酞菁具有越大的三階光學(xué)非線(xiàn)性系數(shù)，而相對(duì)論