[发明专利]树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及有机二阶非线性光学材料领域，特别涉及一种具有高电光活性的树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团及其合成方法和用途。

背景技术

当前社会，激光和光纤通讯正在取代微电子和集成电路技术而成为新兴的通信技术。作为激光通讯和光纤通讯的两个前沿学科：集成光学和光电子学获得迅猛的发展。集成光系统包括了波导、光开关、光转换器等重要器件，在这些器件中都必须使用非线性光学材料。目前实际应用较多的非线性光学材料主要是无机晶体材料。有机二阶非线性光学材料与无机晶体材料相比具有非线性光学系数高、响应速度快(亚皮秒甚至皮秒)、相对较大的非线性光学响应(通常比无机晶体材料高1～2个数量级)、光学损伤阈值高(GW/cm2量级)、吸收系数低、介电常数低、带宽高、可根据要求进行分子设计、易于加工以及廉价等优点，因而具有广阔的应用前景。

由于有机非线性光学材料的响应与其中发色团分子的非线性光学特性密切相关，所以为满足实际应用的要求，需从发色团分子设计和将发色团二阶非线性性能有效转化成材料电光性能两方面着手：一要寻求一阶分子超极化率(β值)较大、综合性能优良的发色团分子，二要对发色团分子及聚合物主体骨架进行结构修饰，使材料单位体积内发色团密度较大，发色团通过电极化能获得较好的取向一致性且具有良好的稳定性，从而使发色团的一阶分子超极化率(β值)有效转化为宏观材料的电光系数(r₃₃)。

在已有的关于有机二阶非线性光学材料的报道中，大多数宏观电光系数不高。在Chem.Mater.，Vol.18，No.13，2006及美国专利US7307173B1中报道的一系列含有吡咯啉电子受体的发色团具有较高的一阶分子超极化率，但是这些发色团在聚合物中由于分子间相互作用力较大，导致其极化效率不高，电光系数较小，不能很好的满足器件化的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有超高的一阶分子超极化率(β值)、溶解性好、与聚合物掺杂之后成膜性好、易于极化、宏观电光系数高、易于器件化的树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团；其中，D是电子给体，π是共轭π电子桥，A是电子受体。

本发明的再一目的是提供一种树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团的合成方法。

本发明的还一目的是提供一种树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团的用途。

本发明的树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团具有以下结构：

所述的D-π-A结构中的D是4-(N-R₁，N-R₂)氨基苯类电子给体，π是3，4-二R₃氧基噻吩类共轭电子桥，A是三氰基吡咯啉(TCP)类电子受体，受体氮原子上的氢原子被树枝状的3，5-二R₄氧基苄基取代。

其中，R₁、R₂分别或同时为烷基、硅烷保护的羟烷基或羟烷基中的一种；R₃为烷基；R₄为烷基、酰基、苄基、蒽苄基或萘苄基等中的一种。

所述的烷基中的碳链长度为碳原子数1～20。

具有苯胺类电子给体，噻吩类共轭电子桥及三氰基吡咯啉(TCP)类电子受体的发色团具有很高的一阶分子超极化率。共轭电子桥上含有的位阻基团以及在电子受体上引入树枝状修饰基团，可以增加发色团分子间的距离，减小发色团分子间的相互作用力，降低发色团分子聚集的机率，提高极化效率从而提高材料整体的电光系数；另外，如果采用柔性链，可以提高发色团在溶剂中的溶解性和同聚合物的相容性，有利于器件的制备。

本发明的树枝状基团修饰的具有D-π-A结构的有机二阶非线性光学发色团的合成方法包括以下步骤：