一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子在无损读出中的应用制造技术

本发明专利技术属于新材料技术领域，更具体地，涉及一种二噻吩基乙烯‑高阶萘嵌苯分子在无损读出中的应用。该二噻吩基乙烯‑高阶萘嵌苯分子包括通过非共轭连接的高阶萘嵌苯基团与二噻吩基乙烯基团，其中，所述高阶萘嵌苯为一个，所述二噻吩基乙烯基团为一个或多个；所述高阶萘嵌苯基团为荧光团，所述二噻吩基乙烯基团为光致变色单元，用于控制所述荧光团的发光与淬灭。该近红外荧光分子开关具有极强的近红外荧光，较高的荧光开/关比，良好的可逆性和抗疲劳性，PET机制证明了TDI‑4DTE的荧光猝灭完全。

Application of a Dithiophenyl Ethylene-Higher Order Naphthalene Embedded Benzene Molecule in Nondestructive Readout

【技术实现步骤摘要】
一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子在无损读出中的应用
本专利技术属于新材料
，更具体地，涉及一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子在无损读出中的应用。
技术介绍
近年来，光致变色分子因其在光存储器、分子开关和超分辨率成像等方面的潜在应用而受到广泛关注。在各种光致变色分子中，基于二芳基乙烯(DTE)的光致变色衍生物因其热双稳定性和抗疲劳性能而得到了广泛的研究。无损读出能力是光学存储器不可缺少的性能。为了实现无损读出，提出了几种方法，如红外吸收读出、旋光性读出、超分子构象变化读出等。虽然其中一些可以实现无损读出，但其固有的灵敏度、稳定性和效率的局限性阻碍了其进一步发展。到目前为止，改变荧光性质可能是实现光学存储器无损读出信号的理想途径。由于DTE本身不具有荧光性，为了获得高对比度比和最小的破坏性读出，通过在DTE上附加多种强发射荧光体，制备了高亮度的光学存储器光开关。在之前的一系列研究中，这些基于DTE的光致变色衍生物的荧光猝灭主要归因于两种不同的机制:荧光共振能量转移(FRET)和光致电子转移(PET)机制。对于前者的荧光共振机理，基于DTE的光致变色衍生物通过适当的设计可以获得可逆的光致变色和光开关性能，以及高的荧光开/关比、良好的荧光量子产率和抗疲劳性能。然而，分子内能量转移固有地激发了DTE单元的闭环异构体，并在荧光强度读取过程中诱导了闭环形式与开环形式的可逆反应。因此，这种系统会导致破坏性的读出，对光学存储器是有害的。为了解决这一问题，Irie提出了一种基于光致变色DTE和荧光染料的二极体的PET荧光光开关的概念。这一概念要求光致变色DTE异构体具有不同的氧化还原性质，荧光染料的电子转移在热力学上仅对这两种异构体中的一种有利。但它们都存在着某些缺点，如低荧光量子产率，低耐光性，强的双稳态荧光和低荧光开关比，极性溶剂的依赖等等，这将大大限制其在光学存储的应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子在无损读出中的应用，其通过将由一个或多个二噻吩基乙烯与单个荧光基团连接的近红外荧光分子开关用于无损读出，该荧光分子荧光淬灭机制为PET机制，由此解决现有技术的荧光分子开关在无损读出时低荧光量子产率，低耐光性，强的双稳态荧光和低荧光开关比的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子的应用，其特征在于，用作无损读出的近红外荧光分子开关；该二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子包括通过非共轭连接的高阶萘嵌苯基团与二噻吩基乙烯基团，其中，所述高阶萘嵌苯基团为一个，所述二噻吩基乙烯基团为一个或多个；所述高阶萘嵌苯基团为荧光团，其包含至少两个萘嵌苯结构；所述二噻吩基乙烯基团为光致变色单元，用于控制所述荧光团的发光与淬灭。优选地，所述高阶萘嵌苯基团具有如式(一)至式(六)任一项所述的结构式：其中，R1为氢、具有1-12个碳原子的烷基、具有1-12个碳原子的烷氧基、具有2-12个碳原子的芳基或具有2-12个碳原子的杂芳基。优选地，所述二噻吩基乙烯基团为1～6个。优选地，所述二噻吩基乙烯基团具有如式(七)所示的结构式：其中，X为氮、氧或硫；R3，R4，R7，R8各自独立地选自具有1-12个碳原子的烷基、具有1-12个碳原子的烷氧基、具有2-12个碳原子的芳基或具有2-12个碳原子的杂芳基；R5，R6各自独立地选自-H、-D、具有1～20个C原子的烷基或具有1～20个C原子的烷氧基；R9，R10，R11各自独立地选自-H、-F、-Cl、Br、I、-D、-CN、-NO2、-CF3、具有1-15个碳原子的烷烃、具有2-20个碳原子的芳香族、具有2-20个碳原子的杂芳香族或具有2-20个碳原子的非芳香族环系。优选地，所述二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子具有如式(八)所示的结构通式：其中，其中，R1为氢、烷烃、烷氧基或R2为氢或烷烃；R3为氢、羟基、氨基、硝基、烷烃、烷氧基、三氟甲基或羟甲基。优选地，应用于光学存储器中的无损读出。优选地，将所述二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子与柔性聚合物的有机溶液旋涂在透明或半透明基底上，制成聚合物薄膜，然后在近红外波长光照下进行无损读出。优选地，所述有机溶液中二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子的浓度为0.1-100mg/mL，所述柔性聚合物的浓度为1-1000mg/mL。优选地，所述有机溶液中的有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷、吡啶、甲醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯、邻二氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、吗啉、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1,4二氧杂环已烷、丙酮、甲基乙基酮、1,2二氯乙烷、3-苯氧基甲苯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、醋酸乙酯、醋酸丁酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢萘、萘烷以及茚中的一种或多种。优选地，所述近红外光波长范围为700-1500nm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术将由一个或多个二噻吩基乙烯与单个荧光基团连接的近红外荧光分子开关用于无损读出，荧光团为高阶萘嵌苯基团，该荧光分子荧光淬灭机制为PET机制，用于无损读出时具有极强的近红外荧光，较高的荧光开/关比，良好的可逆性和抗疲劳性，且PET机制证明了其荧光猝灭完全。(2)本专利技术提出的用于无损读出的二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子含有荧光基团用于发出近红外荧光，含有二芳基乙烯类光致变色基团光调控基团用于控制近红外荧光团的发光与淬灭，其将多个二芳基乙烯与单个荧光基团连接，可解决单个二芳基乙烯不足以完全地开关控制一个荧光基团的缺点，有效地加强荧光开关速度及淬灭效率，构造了一种具有光学存储器无损读出能力的高效荧光光开关。(3)将本专利技术提出的二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子通过旋涂法制成薄膜用于无损读出时，旋涂薄膜具有操作快捷，成本低等优点。(4)本专利技术优选实施例提出的二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子用于无损读出时在720nm光的激发下，得到了PMA薄膜中TDI-4DTE的无损荧光读出。PMA薄膜中的TDI-4DTE的荧光强度和宏观、微观荧光图像显示，该薄膜在无损光存储系统中具有良好的“擦除、读写”能力，在信息储存方面有重大意义。(5)本专利技术优选实施例提供的二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子用于无损读出时在302nm紫外光照数秒钟内荧光几乎完全淬灭，具有超高的荧光开关比(>3000)，302nm光照下转化率为92.5％；具有优异的荧光开关性能，在302nm光照下的闭环反应的量子产率和其光稳态在621nm光照下的开环反应的量子产率分别为0.4105、0.0124；10次交替循环后，其荧光损失不超过5％，具有优异的抗疲劳性。附图说明图1为本专利技术提出的二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子的结构示意图；图2为实施例1制备的TDI-4DTEPMA薄膜750nm处的荧光强度图；图3是实施例1制备的TDI-4DTEPMA薄膜在应用于光学存储器无损读出的装置示意图；图4为实施例1制备的TDI-4DTEPMA薄膜无损读出图；图5为实施例1自旋涂覆TDI-4DTEPMA薄膜(2wt％)的亮场图和荧光图；图6(a)为实施例1开环态TDI-4DTE-O循环伏安图，图6(b)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二噻吩基乙烯‑高阶萘嵌苯分子的应用，其特征在于，用作无损读出的近红外荧光分子开关；该二噻吩基乙烯‑高阶萘嵌苯分子包括通过非共轭连接的高阶萘嵌苯基团与二噻吩基乙烯基团，其中，所述高阶萘嵌苯基团为一个，所述二噻吩基乙烯基团为一个或多个；所述高阶萘嵌苯基团为荧光团，其包含至少两个萘嵌苯结构；所述二噻吩基乙烯基团为光致变色单元，用于控制所述荧光团的发光与淬灭。

【技术特征摘要】
1.一种二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子的应用，其特征在于，用作无损读出的近红外荧光分子开关；该二噻吩基乙烯-高阶萘嵌苯分子包括通过非共轭连接的高阶萘嵌苯基团与二噻吩基乙烯基团，其中，所述高阶萘嵌苯基团为一个，所述二噻吩基乙烯基团为一个或多个；所述高阶萘嵌苯基团为荧光团，其包含至少两个萘嵌苯结构；所述二噻吩基乙烯基团为光致变色单元，用于控制所述荧光团的发光与淬灭。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述高阶萘嵌苯基团具有如式(一)至式(六)任一项所述的结构式：其中，R1为氢、具有1-12个碳原子的烷基、具有1-12个碳原子的烷氧基、具有2-12个碳原子的芳基或具有2-12个碳原子的杂芳基。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述二噻吩基乙烯基团为1～6个。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述二噻吩基乙烯基团具有如式(七)所示的结构式：其中，X为氮、氧或硫；R3，R4，R7，R8各自独立地选自具有1-12个碳原子的烷基、具有1-12个碳原子的烷氧基、具有2-12个碳原子的芳基或具有2-12个碳原子的杂芳基；R5，R6各自独立地选自-H、-D、具有1～20个C原子的烷基或具有1～20个C原子的烷氧基；R9，R10，R11各自独立地选自-H、-F、-Cl、Br、I、-D、-CN、-NO2、-CF3、具有1-15个碳原子的烷烃、具有2-20个碳原子的芳香族、具有2-20个碳原...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冲，熊凯，朱明强，谢诺华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42