有机双光子吸收材料的合成与表征文稿演示
有机双光子吸收材料的合成与表征(优秀文档PPT)
光子生物荧光显微镜、双光子光聚合等。
1.5 应用举例
双光子聚合 双光子聚合机理与单光子基本相同，惟有 光子的吸收机理不同。
Kawata将计算机辅助设计和双光子聚合技 一AF般X系要列求双：光具子有吸共收轭材大料π键，吸电子基团，给电子基团，如D-π-D,D-π-A- π –D,A- π-A, A- π –D -π-A, A- π –D结构等，共轭大π键越 术相结合，成功的制造出了红细胞大小的 长1 ，2，吸4收，截6-面三越（大3-；（N-乙基）咔唑乙烯基）均三嗪的制备与光学性质
双光子吸收示意图
S1 hυ
Ⅸ
S1
T1
V Fl Ph
hυ
hυ
Ⅸ
T1
Fl Ph
S0
a
S0
b
a 双光子吸收
b 单光子吸收
S 单线态能级，T 三线态能级，V 虚拟中间态，hv 吸收光能量，
Fl 荧光，Ph 磷光，Ⅺ 系间窜越
1.2 双光子吸收的发现与研究
➢1931年Goppert-Mayer理论上证明了双光子吸收过程 的存在；
有机双光子吸收材料的合成与表征
1. 双光子吸收过程原理及应用
双光子吸收过程一般是两个光子同时被一个 分子吸收，或者在极短的时间内两个光子被一个分 子相继吸收，一般两个光子吸收的时间差小于0.1 飞秒（1飞秒=10-15秒）。一般认为吸收是经过一个 假想态（virtual state），然后到达一个分子的激发 态。
1双光2，子4上，转6-换三激（光3-、（双N-光乙子基光）限咔幅唑、乙双烯光基子）三均维三光嗪存的储制、备双与光子学光性动质力学疗法、双光子生物荧光显微镜、双光子光聚合等。
双光子吸收的原理及应用
双光子吸收的原理及应用1. 原理双光子吸收（TPA）是指在低能量密度下，两个光子通过同时作用于被吸收物质，从而引起材料电子的激发跃迁。
它与单光子吸收相比，具有以下几个不同之处：•单光子吸收：一个光子被吸收，产生单个激发。
•双光子吸收：两个光子同时被吸收，产生单个激发。
1.1 双光子吸收的条件•入射光子的能量：入射光子的能量应等于或略小于被吸收物质的带间跃迁能量。
•光子的空间叠加：两个光子的相遇概率较低，需要采用高光束密度及长激光脉冲宽度。
1.2 双光子吸收的机理双光子吸收的机理主要基于量子力学中的虚实态跃迁。
当两个光子同时作用于被吸收物质时，它们的能量合并，使得被吸收物质中的电子发生跃迁。
通常，这种吸收过程是高激发态和基态之间的跃迁。
2. 应用双光子吸收在多个领域中具有广泛的应用。
2.1 材料科学双光子吸收在材料科学中被用于研究材料的光电性质。
通过制备具有双光子吸收性能的材料，可以实现高效的光电转换。
这对于太阳能电池和光电器件的研发具有重要意义。
2.2 光谱学双光子吸收可以用于光谱学的研究。
通过测量样品在不同波长下的双光子吸收谱，可以揭示材料的能带结构和能级分布，从而进一步了解材料的特性。
2.3 生物医学在生物医学领域，双光子吸收成像（TPA）技术被广泛应用于非侵入性的活体成像。
通过利用双光子吸收效应，可以实现高分辨率、深层次的细胞和组织成像，对于研究生物进程和疾病诊断具有重要意义。
2.4 量子计算双光子吸收在量子计算中也扮演着重要的角色。
通过利用双光子吸收产生的非线性效应，可以实现光学量子门操作，从而实现光量子计算的高速、高精度和大规模化。
2.5 不确定性测量双光子吸收可以用于不确定性测量。
通过测量双光子吸收的强度和相位，可以实现高精度的测量和传感，例如时间延迟测量和位移测量。
3. 结论双光子吸收作为一种特殊的吸收现象，具有独特的原理和广泛的应用。
从材料科学到生物医学，再到量子计算和不确定性测量，双光子吸收的应用正在改变我们对于光与物质相互作用的理解，并推动着相关领域的发展。
双光子吸收——精选推荐
4.3 双光子吸收用红宝石激光照射掺铕的氟化钙晶体时，探测其荧光光谱时发现了红宝石激光的倍频光谱。
但是1、该材料不存在与单个红宝石激光光子对应的任何激发态，因此不能用连续吸收两个红宝石激光光子来解释；2、该材料为立方晶体，具有反演对称性，因此不存在(2)χ，不会出现二次谐波的频率。
唯一的解释是同时吸收了两个光子。
更一般地，当频率分别为1ω、2ω的两束光通过非线性媒质时，如果1ω+2ω接近媒质的某个跃迁频率0ω，媒质就会从每一束光波中同时各吸收一个光子，而引起两束波的同时衰减，这就是双光子吸收，如图4.3-1所示。
j g 宇称相同图4.3-1 双光子共振设媒质中只传输两束光，而且没有二阶非线性效应，或者不满足产生和频、差频和二次谐波相对应的相位匹配条件，同时不满足产生三次谐波的相位匹配条件，而1ω+2ω对应与媒质的某个跃迁频率0ω。
这时只需考虑辐射场之间的耦合作用所产生的结果，所以必须考虑频率为1ω和2ω的三阶非线性极化强度：(3)*101221221()6(;,,)()()()χ=−−P E E E M ωεωωωωωωω (4.3-1)(3)*202112112()6(;,,)()()()χ=−−P E E E M ωεωωωωωωω (4.3-2)耦合方程：2(3)1112212121(,)3(;,,)(,)(,)dE z i E z E z dz k c ωωχωωωωωω=−− (4.3-3) 2(3)2221121221(,)3(;,,)(,)(,)dE z i E z E z dz k c ωωχωωωωωω=−− (4.3-4) 由于12+ωω接近媒质共振频率，因此(3)1221(;,,)−−χωωωω，(3)2112(;,,)−−χωωωω.中的实部与虚部都应当是有限值，在方程中都必须考虑。
非线性极化率的实部具有完全对易对称性，即：Re{(3)2112(;,,)−−χωωωω}=Re[(3)1221(;,,)−−χωωωω]=χ (4.3-5) 非线性极化率的虚部，可以从式(1.3-23)得到：4(3)212211************Im (;,,)Im {[()()(0)]}23()()()()−=+−+++×−−+Ne B A F F F m F F F F χωωωωωωωωεωωωωωω 2201()=−−F i ωωωΓω由于1ω+2ω≈0ω，因此1ω，2ω，12−ωω都远离共振频率0ω，这样(0)F 、12()−F ωω、2()F ω、1()F ω等都是实数，这样：42(3)221221121230(3)2112Im (;,,)()()Im ()3Im (;,,)Ne A F F F m χωωωωωωωωεχωωωω−−=+=−− 因此，令：Im[(3)2112(;,,)−−χωωωω]=Im[(3)1221(;,,)−−χωωωω]=TA χ (4.3-6)由此可见，不仅极化率张量(3)2112(;,,)ωωωω−−χ和(3)1221(;,,)ωωωω−−χ的虚部相同，而且还与与跃迁频率接近0ω的上下两能级之间的集居数密度差有相同的符号。
双光子吸收材料的光学特性研究
双光子吸收材料的光学特性研究双光子吸收材料是一类具有特殊光学性质的材料，它可以在低光子密度下实现高效的光吸收。
这种材料在光子学、光电子学、生物医学等领域有着广泛的应用和研究价值。
本文将就双光子吸收材料的光学特性进行深入探讨。
首先，我们来了解一下双光子吸收的原理。
传统的光学材料在光学吸收过程中，通常通过吸收单个光子来激发物质内部的电子。
而双光子吸收材料则是通过吸收两个光子才能使材料内部的电子跃迁到激发态。
这意味着，双光子吸收材料相比于传统材料更具有灵活性和可调性，能够在非线性光学效应领域发挥独特的作用。
其次，我们来讨论一下双光子吸收材料的光学特性。
由于能量守恒定律的限制，双光子吸收材料在吸收两个光子的过程中能够产生高能激发态，这为实现高效率的光学响应提供了可能。
与此同时，双光子吸收材料具有较长的光学吸收长度，这使得它在超分辨成像、光子计算和光学信息存储等领域有着潜在的应用。
在双光子吸收材料的研究中，还有一个重要的方面是光学非线性效应。
由于双光子吸收材料能够吸收两个光子，其非线性效应更加明显。
这些非线性效应包括双光子荧光、双光子共振增强拉曼散射等，这些效应在光子学传感、激光制造和光学通信等领域有广泛的应用前景。
除了光学特性，双光子吸收材料的材料特性也是研究的重点之一。
首先，材料的能带结构决定了双光子吸收材料的光学吸收能力。
一些具有宽能带隙和高透明度的材料被广泛应用于双光子显微成像和荧光探测等领域。
其次，材料的光学损耗对于实现高效的双光子吸收非常关键。
高质量的材料制备技术和表面修饰方法能够降低材料的光学损耗，提高双光子吸收性能。
双光子吸收材料的研究是一个前沿性的课题，目前有许多具有潜力的新型材料被不断发现和研究。
例如，有机-无机杂化材料、量子点材料和二维材料等都被证实具有良好的双光子吸收性能。
此外，随着光学相干成像技术的发展，人们对双光子吸收材料的要求也越来越高，例如要求具有更高的荧光量子效率和更长的荧光寿命。
有机共轭体系双光子吸收上转换发光机理研究
毕业设计（论文）题目：有机共轭体系双光子吸收上转换发光机理研究学院：系部：专业：班级：学生姓名：导师姓名：职称：起止时间：毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文《有机共轭体系双光子吸收上转换发光机理研究》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。
论文作者签名：时间：年月日指导教师签名：时间：年月日目录摘要 (I)ABSTRACT (II)引言 (1)1.上转换发光机理 (2)1.1上转换的发现 (2)1.1.1上转换概念 (2)1.1.2上转换发光由来 (2)1.2上转换发光过程 (2)1.2.1上转换发光机制 (2)1.3上转换发光材料特性 (4)1.3.1影响上转换发光的因素 (4)1.3.2上转换发光基质 (4)1.4上转换发光材料的制备 (4)1.4.1固相反应法 (4)1.4.2 溶胶-凝胶法 (4)1.4.3 沉淀法 (5)2.双光子吸收效应 (6)2.1双光子吸收效应概念 (6)2.2 双光子吸收效应的特性 (6)2.3 双光子吸收效应前景 (7)2.4双光子研究成果 (7)2.4.1光动力学医疗 (7)2.4.2 光限幅 (7)2.4.3 荧光显微术 (7)2.4.4 三维光信息存储 (7)2.4.5 三维微纳加工 (8)2.4.6 双光子激射 (8)3.有机共轭体系双光子吸收上转换发光的应用及进展 (9)3.1 上转换发光研究 (9)3.1.1发光效率 (9)3.1.2上转换发光研究中的问题 (9)3.2双光子吸收效应微观研究 (9)3.3双光子吸收效应的展望 (10)3.4有机共轭体系双光子吸收 (10)3.4.1 多枝结构分子的双光子吸收 (10)3.4.2 构建六枝结构大分子T03系列 (10)3.4.3 三枝结构分子TFT系列 (11)3.4.4 两类三苯胺衍生物分子双光子吸收 (11)3.4.5 几种新型染料的双光子吸收效应 (13)3.4.6 实验过程 (14)3.4.7 实验结果和结论 (14)3.5 染料的上转换激射特性 (15)3.6 超辐射 (15)3.7上转换激射测试 (16)3.8测试上转换激射效率 (16)4.结论 (18)致谢 (19)参考文献 (19)摘要上转换是一个长波低频光转化为短波高频光的过程，故称为升频转换，由于这一过程与斯托克斯定律相反，由此又被称为反斯托克斯发光。
一种新型双光子吸收材料的合成、光学性质及生物成像
一种新型双光子吸收材料的合成、光学性质及生物成像李宁宁;宁鹏;冯燕;孟祥明【摘要】A novel naphthalimide derivative, N-(morpholinoethyl)-4-(4-ethynyl-phenol)-1, 8-naphthalimide (A) was synthesized by Sonogashira couple reaction by using 4-bromo-1, 8-naphthalicanhydride as the raw material. Its molecular structure was characterized by 1H NMR, 13C NMR and HR-MS (ESI). By analyzing the fluorescence emission spectra of compound A in six different polar organic solvents andmethanol/tetrahydrofuran mixed solvents, along with the two-photon induced fluorescence spectra of A in tetrahydrofuran, the results showed that it has a significant response to the polarity with a solvatochromic effect. With the increase in solvent's polarity, the fluorescence emission peak of A is red-shifted and the fluorescence intensity is decreased. The two-photon absorption action cross section of A at 820 nm is 90 GM. In addition, A could be successfully localized to lysosomes, and the co-localization coefficient with lysosome commercial dye Lyso Tracker Red is as high as 0.902 6. Therefore, compound A as a novel two-photon absorption material could be used as a two-photon lysosomal tracking agent for cell imaging.%以4-溴-1, 8-萘二甲酸酐为起始原料通过Sonogashira 偶联反应合成了一种新型萘酰亚胺衍生物 (N-吗啉乙基)-4-(4-羟基苯乙炔基)-1, 8-萘酰亚胺 (A), 其结构通过1H NMR、13C NMR、HR-MS (ESI) 表征, 并对化合物A在6种不同极性有机溶剂和甲醇/四氢呋喃混合溶剂中的荧光发射光谱, 以及A 在四氢呋喃中的双光子诱导荧光光谱进行了分析.结果表明:A具有溶质变色效应, 随溶剂极性的增大, A的荧光发射峰发生红移, 且荧光强度下降.并且A在波长820 nm处的有效双光子吸收截面为90 GM.此外, A可成功定位于溶酶体, 与溶酶体商品化染料Lyso Tracker Red的共定位系数高达0.902 6.因此, 化合物A作为一个新型的双光子吸收材料, 可作为双光子溶酶体示踪剂用于细胞成像.【期刊名称】《安徽大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(043)002【总页数】7页(P82-88)【关键词】萘酰亚胺;溶致变色;极性;双光子吸收;生物成像【作者】李宁宁;宁鹏;冯燕;孟祥明【作者单位】安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601;安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601;安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601;安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】O625.31.31,8-萘酰亚胺及其衍生物作为一种性能良好的有机材料, 被广泛应用于聚合物工业着色剂、荧光增白剂、激光染料、二极管、液晶添加剂、荧光细胞标记物以及潜在抗癌药物方面的研究[1-4]. 由于其具有荧光量子产率高、光学性稳定、对溶液pH 不敏感[5-8]、良好的双光子吸收性能[9]等优点, 而被广泛用于双光子吸收材料的设计[10]. 尤为重要的是, 1, 8-萘酰亚胺及其衍生物在结构上易于修饰, 在其分子中的4号位碳上可以引入不同的功能性基团, 从而得到具有不同功能的材料. 因此对1,8-萘酰亚胺及其衍生物的设计合成及性质研究成了一大热点[11].笔者以萘酰亚胺为生色团, 通过在萘酰亚胺的酰亚胺氮原子上引入具有亚细胞器溶酶体定位功能的烷基吗啉基团[12], 4号位上接入4-羟基苯乙炔, 其中4-羟基苯乙炔作为给体(D), 酰亚氨基作为受体(A)和生色团, 构建了一个典型的D-π-A结构的ICT[13-15]体系, 设计出了化合物A分子, 以期得到具有良好的光学性质和生物学应用潜能的新型双光子吸收材料. 化合物A的合成路线见图1所示.图1 目标化合物A的合成路线1 实验部分1.1 仪器与试剂Bruker Avance- 400核磁共振仪, 美国布鲁克公司; LTQ Orbitrap XL高分辨质谱仪, 赛默飞世尔科技(中国)有限公司; Tech-comp UV 1000紫外可见分光光度计, 上海天美科技有限公司; FL- 2500型荧光发射光谱仪, 日本岛津公司; Mira Optima 900F④钛宝石飞秒可调谐激光器(脉冲140 fs, 频率80 MHz), Coherent 公司; LSM 710激光共聚焦显微镜, 德国卡尔·蔡司公司.4-溴-1,8-萘二甲酸酐、N-(2-氨基乙基)吗啉、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、碘化亚铜、三苯基膦二氯化钯、4-羟基苯乙炔, 分析纯, 上海麦克林试剂公司; 四氢呋喃、二氯乙烷、苯甲腈、正己醇、二甲亚砜、甲醇, 色谱纯, 北京安耐吉试剂公司.1.2 合成1.2.1 化合物1的合成称取4-溴-1, 8-萘二甲酸酐2.5 g(9.01 mmol)于100 mL的圆底烧瓶中, 加入无水乙醇50 mL溶解,随后加入N-(2-氨基乙基)吗啉1.3 g(10.01 mmol), 在80 ℃下回流反应5 h, 待反应结束后, 冷却至室温, 旋干无水乙醇, 用二氯甲烷萃取, 制样, 用柱色谱进行纯化, 洗脱液体系为石油醚与乙酸乙酯的体积比为2∶1, 最终得到白色固体(化合物1)3.4 g (8.62 mmol), 产率为94%. 1H NMR (400 MHz,CDCl3): δ 8.63 (dd, J = 7.3, 1.1 Hz, 1H ), 8.55 (dd, J = 8.5, 1.1 Hz, 1H), 8.39 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 8.03 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.84 (dd, J = 8.5, 7.3 Hz, 1H), 4.33 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 3.68 (t, J =5.2Hz, 4H), 2.71 ( t, J = 6.9 Hz, 2H), 2.60 (br s, 4H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 163.59, 163.57, 133.28, 132.02, 131.21, 131.10, 130.61, 130.30, 129.00, 128.08, 123.02, 122.15, 67.02, 56.07, 53.81, 37.30. 1.2.2 化合物A的合成在控制无水无氧的条件下, 往150 mL的斯莱克瓶中加入1.94 g的化合物1 (5.00 mmol)、4-羟基苯乙炔0.71 g (6.00 mmol)、三苯基膦二氯化钯0.05 g (0.07 mmol)、碘化亚铜0.25 g (1.3 mmol)、三乙胺1.83 g (18.1 mmol) 和N-甲基吡咯烷酮30 mL, 随后升温至80 ℃, 磁力搅拌反应15 h. 待反应结束后，抽滤，用二氯甲烷萃取, 旋干制样用柱色谱分离(v(石油醚)∶v(乙酸乙酯)=2∶1), 得到黄色固体(化合物A)1.2 g, 产率为 55%. 1H NMR (600 MHz, DMSO-d6) δ 10.17 (s, 1H), 8.74 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.54 (d, J = 7.1 Hz, 1H), 8.43 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.99 (d, J =7.6 Hz, 1H), 7.97 (t, J =7.8 Hz, 1H) ,7.62 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 6.89 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 4.18 (br s, 2H), 3.54(br s, 4H), 2.57 (br s, 2H), 2.50 (m, 4H). 13C NMR (150 MHz, DMSO-d6) δ 163.65, 163.35, 159.51, 134.27, 132.49, 131.69, 131.10, 130.71, 130.60, 128.53, 127.79, 127.50, 122.87, 121.56, 116.43, 111.92, 100.61, 85.15, 66.51, 55.87, 53.73, 37.18. ESI-MS m/z: Calc-d forC26H22N2O4 { [M + H]+ } 427.158 0, found, 427.165 0.2 结果与讨论2.1 化合物A在不同极性溶剂中的光学性能研究笔者首先选取了6种不同大小的极性溶剂(四氢呋喃、二氯乙烷、苯甲腈、正己醇、二甲亚砜、甲醇), 分析A分子在不同溶剂中的光谱数据, 测试浓度均为10 μM ，结果如表1、图2所示.表1 化合物A在不同溶剂中的光谱数据溶剂λabs/nmλem/nmΔλ/nmφτ/ns四氢呋喃399492930.312.02二氯乙烷3994991000.271.71苯甲腈4015101090.211.60正己醇4005161160.161.40二甲亚砜4005291290.090.57甲醇4005471470.060.30注：λabs 为紫外最大吸收波长；λem为荧光最大发射波长；Δλ为斯托克斯位移；φ为荧光量子产率(以硫酸奎宁为参比)；τ为荧光寿命.图2 化合物A(10 μM) 在不同溶剂中的紫外吸收光谱(a)及荧光发射光谱(b)由图2(a)可知，化合物A在不同极性溶剂中的紫外吸收峰位置维持在400 nm左右, 基本不变. 图2(b)显示, 在最弱极性溶剂四氢呋喃中, A的最大荧光发射峰在500 nm , 而在溶剂极性最强的甲醇中A的荧光最大发射峰在540 nm , 随着溶剂极性的增大, A相对应的荧光最大发射峰发生红移, 从极性最弱的四氢呋喃到最强的甲醇红移了40 nm . 另外A分子的荧光强度也受到溶剂极性的影响, 在最弱极性溶剂四氢呋喃中荧光强度最强, 而在最强极性溶剂甲醇中荧光强度则最低. 其中A在四氢呋喃中的荧光发射强度是其在甲醇中的7倍, 从而说明了A具有溶致变色效应[16]. 同时在不同溶剂中A的量子产率和荧光寿命均表现出与荧光强度相一致的变化趋势, 其中在四氢呋喃中, A的量子产率为0.31, 荧光寿命为2.02 ns, 而在甲醇中A的量子产率降低到了0.06 , 荧光寿命减小到0.3 ns. 出现以上现象主要是因为A分子中吸电子的酰亚胺基团与供电子的4-羟基苯乙炔共轭连接形成了强的推拉电子结构, 分子在激发态时容易产生分子内电荷转移形成ICT态. 在这种机制下A分子在极性溶剂中的能量会剧烈降低, 导致荧光发射波长向长波方向移动, 产生红移[17], 同时会伴随着荧光量子产率和荧光寿命的降低. 以上结果表明，A分子具有溶致变色效应.2.2 A在四氢呋喃-甲醇混合极性体系中的光学性能研究为了进一步证明A具有溶致变色效应, 笔者选取四氢呋喃和甲醇混合的极性体系, 进一步测定A分子在不同体积百分比的四氢呋喃与甲醇的混合溶剂的紫外吸收光谱和荧光发射光谱，结果如图3所示.图3 化合物A(10 μM) 在甲醇-四氢呋喃混合溶剂中的紫外吸收光谱(a)，百分数代表混合溶剂中甲醇的体积含量)和荧光发射光谱(b)图3(a)显示，随着甲醇的含量从10% 逐渐增加到70% , 极性的改变没有对A的紫外吸收光谱造成明显影响, 基本稳定在400 nm 左右. 由图3(b)所示, 随着混合体系中甲醇含量的逐渐增加, 体系的极性逐渐增加, A的荧光最大发射峰从515 nm 到533 nm逐渐红移了18 nm , 并在红移的过程中荧光强度降低了大约3倍, 荧光强度随着极性的增加而逐渐降低. 这些现象均与A在不同溶剂中的行为是一致的. 综上表明，A具有溶致变色效应.此外, 笔者还对比了化合物1和化合物A在四氢呋喃中的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱. 如图4所示.图4 化合物1和化合物A在四氢呋喃中的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱图图4显示，化合物1的2个主要紫外吸收峰分别位于338 nm 和354 nm , 化合物A的最大紫外吸收峰位于399 nm, A相对于化合物1的2个紫外吸收峰分别发生了61 nm和45 nm的红移. 同时化合物1在四氢呋喃中的荧光发射强度接近0, 几乎不发射荧光, 而化合物A在四氢呋喃中荧光发射峰的相对强度远大于化合物1. 通过该实验证明，笔者通过结构设计, 增大萘酰亚胺生色团的共轭体系, 构建了一个典型的D-π-A结构的A分子, 赋予了A分子潜在的双光子吸收性能.2.3 化合物A的双光子吸收性能测试为了研究A的双光子吸收性能, 笔者采用参比法[18]对其有效双光子吸收截面进行测定，其中所用标准物质是用pH=11的氢氧化钠的水溶液配制的荧光素, 其不同波长的双光子吸收截面值可查阅相关文献[19].所有测试溶液浓度均为1.0×10-3 mol·L-1. 图5所示为A分子在四氢呋喃中的双光子吸收性能测试结果.嵌入：随着输入功率的增加 ( Iin = 300-800 mW) 与双光子荧光激发强度 (Iout) 的面积相关关系.图5 化合物A在四氢呋喃中的有效双光子吸收截面由图5可以看出，A分子在780 nm到900 nm之间使用飞秒激发器激发都能够发射双光子诱导荧光. 用820 nm飞秒激光为激发光源, 入射能量为0.5 W时, 化合物A出现了最大的有效双光子吸收截面, 达到了90 GM.波长设定为820 nm, 测试四氢呋喃为溶剂的A在不同入射光强度下的双光子荧光光谱，通过进一步对A的双光子吸收性能进行实验验证(图5嵌入图),发现当输入功率从0.3 W逐渐增加到0.8 W时, A的双光子诱导荧光强度(Iout)的面积与输入功率(Iin)之间符合良好的平方关系, 线性斜率为2.01 , 符合双光子吸收性质的规律. 以上实验数据充分说明了A具有良好的双光子吸收性质.2.4 A分子的细胞毒性测试在进行有关生物学应用研究之前有必要进行细胞毒性的测试.采用MTT法[20] 对分子A进行细胞毒性测试, 结果如图6所示.图6 化合物A的细胞毒性测试由图6可以看出,MCF-7细胞在加入10 μM分子A培养24 h之后, 细胞存活率仍然可以达到95%. 因此, 分子A可以在MCF-7细胞中进行生物学方面的应用研究.2.5 分子A的细胞共定位实验为了得到A在溶酶体中的实际定位效果, 首先将其(10 μM)加入MCF-7细胞培养液中进行MCF-7细胞培养约半小时后, 随后向其中加入溶酶体染料Lyso Tracker Red (0.5 μM), 继续培养大约20 min, 经过一系列后续处理后,进行共聚焦荧光成像实验, 结果如图7所示.(a):分子A的荧光发射通道1((520±20) nm), 双光子激发光波长为820 nm；(b): 定位溶酶体的商品化示踪剂Lyso-Tracker Red的荧光发射通道2((600±10) nm), 激发光波长为559 nm；(c): 通道1和通道2的叠加图；(d): 分子A和Lyso-Tracker Red在细胞中荧光强度的散点图.图7 乳腺癌细胞(MCF-7)的共聚焦成像图图7显示，分子A与溶酶体染料Lyso Tracker Red两者在细胞溶酶体中具有大的共定位系数(0.902 6), 证明分子A具有选择性定位于细胞溶酶体的生物应用潜能, 即分子A能够作为一种潜在的双光子的溶酶体示踪剂.3 结束语笔者基于萘酰亚胺为生色团设计合成了一种新型的萘酰亚胺衍生物A, 同时A的结构得到了表征. 另外在结构设计上构建了以萘酰亚胺为生色团的典型的D-π-A结构, 通过引入供电子基团增大分子的共轭体系, 设计出具有双光子吸收性能的分子A. 通过对A分子的光学性质进行测试, 表明其在不同溶剂及混合溶剂体系中均对极性表现出了良好的信号响应, 证明A具有溶致变色效应. 同时通过对A分子在四氢呋喃中双光子吸收截面的计算和进行双光子验证, 充分证明了A分子具有较好的双光子吸收性能, 是一个新型的具有良好双光子吸收性能的荧光材料. 另外, 分子A中的吗啉基团具有亚细胞器定位功能, 通过细胞共定位实验, 证明了其能够定位于细胞溶酶体, 即能够作为一种潜在的双光子的溶酶体示踪剂.参考文献：【相关文献】[1] JIANG W, SUN Y M, WANG X L, et al. Synthesis and photochemical properties ofnovel4-diaryla- mine-1, 8-naphthalimide[J]. Dyes and Pigments, 2008, 77 (1): 125-128. [2] MIAO L F, YAO Y L, YANG F, et al. A TDDFT and PCM-TDDFT studies on absorption spectra of N-substituted 1, 8-naphthalimides dyes[J]. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 2008, 865 (1/2/3): 79-87.[3] JIN R F, TANG S S. Theoretical investigation into optical and electronic properties of 1, 8-naphthalimide derivatives[J]. Journal of Molecular Modeling, 2013, 19 (4): 1685-1693. [4] WEI S, SUN Y, GUO P, et al. A novel 4- (tetrahydro-2-furanmethoxy)-N-octadecyl-1, 8-naphthalimide based blue emitting probe: solvent effect on the photophysical properties and protein detection[J]. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 2012, 38 (5): 469-478. [5] WANG C C, ZHENG X L, HUANG R, et al. A 4-amino-1, 8-naphthalimide derivative for selective fluorescent detection of palladium (II) ions[J]. 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双光子光聚合反应课件
微纳制造
微纳器件制造
双光子光聚合反应可用于制造高 精度、高稳定性的微纳器件，如 微电子器件、传感器和执行器等 。
微纳光学元件
利用双光子光聚合反应可制造出 具有复杂结构和功能的微纳光学 元件，如光子晶体、微透镜和波 导等。
光固化3D打印
高精度3D打印
双光子光聚合反应可以实现高精度、 高分辨率的3D打印，制造出具有复 杂结构和功能的零件和模型。
材料多样性
目前可用于双光子光聚合反应的材料种类有限， 需要开发更多种类的适用材料。
解决策略
优化反应条件
通过调整反应介质、温度、光 强等参数，实现对聚合过程的
有效控制。
新型催化剂设计
设计新型催化剂以提高双光子 光聚合反应的效率。
拓宽应用领域
研究在不同光源和环境条件下 双光子光聚合反应的适用性， 拓宽其应用领域。
双光子光聚合反应材料
引发剂
01
02
03
引发剂种类
根据聚合反应需要，选择 适当的引发剂，如阳离子 引发剂、自由基引发剂等。
引发剂作用
引发剂在双光子光聚合反 应中起到引发单体活化的 作用，是实现聚合反应的 关键物质。
引发剂浓度
根据聚合反应速率和材料 性能要求，调节引发剂的 浓度，以获得最佳的聚合 效果。
包括反射镜、聚焦镜等 光学元件，用于控制激 光束的传播方在适当的温 度和压力条件下进行。
实验步骤
01
准备样品
02
清洗和干燥
03 激光照射
04
聚合反应
后处理
05
选择适当的单体、光引发剂、添加剂等，按照一定的比例混 合均匀。
确保实验器具干净无污染，将样品放入反应器中。 调整激光器参数，使激光束照射到样品表面，激发双光子聚 合反应。
硅的双光子吸收
硅的双光子吸收
一、引言
双光子吸收是一种非线性光学现象，它描述的是一个物质同时吸收两个光子的过程。
这种现象在各种材料中都有所体现，包括半导体如硅。
硅作为一种重要的半导体材料，其双光子吸收性质的研究对于推动激光技术、光学通信和量子计算等领域的发展具有重要意义。
二、硅的双光子吸收原理
双光子吸收通常发生在高能密度的光场下，此时物质可以同时吸收两个低能量的光子来达到激发态。
在这个过程中，物质的能量状态跃迁并不是由单个光子引起的，而是由两个光子同时作用的结果。
在硅中，双光子吸收过程主要是通过电子从价带跃迁到导带实现的。
三、硅的双光子吸收特性
硅的双光子吸收系数与其禁带宽度、折射率以及光子能量有关。
一般来说，硅的双光子吸收系数较小，这主要归因于硅的宽禁带特性。
然而，随着入射光强度的增加，硅的双光子吸收效应会变得显著。
四、硅的双光子吸收应用
硅的双光子吸收性质在许多领域都有重要应用。
例如，在激光技术中，双光子吸收可用于产生高效的激光二极管；在光学通信中，双光子吸收可用于提高信号的传输效率和距离；在量子计算中，双光子吸收则可被用于实现量子比特的制备和操作。
五、结论
总的来说，硅的双光子吸收是一个复杂的物理过程，它涉及到许多因素，包括材料的能带结构、光子的能量和入射光的强度等。
尽管硅的双光子吸收系数较小，但其在高光强下的双光子吸收效应仍然为许多应用提供了可能。
未来，通过对硅的双光子吸收性质的深入研究，我们有望开发出更多的新型器件和技术。
双光子加工课件
液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成 的离子源.液态金属离子源的基本结构如图' 所示.目前商用FIB 系统的 的离子源.液态金属离子源的基本结构如图' 所示.目前商用 粒子束是从液态金属镓中引出,由于镓元素具有低熔点, 粒子束是从液态金属镓中引出,由于镓元素具有低熔点,低蒸汽压以及良 好的抗氧化力, 好的抗氧化力,因而液态金属离子源中的金属材料多为镓
高密度存储
原理二
利用双光子吸收和共焦原理,三维光学高密信息存储技 术可实现在直径120 mm,厚度10 mm 的光盘上存储 200 GB 的数据,用并行方法读出,速度达Gbit/ s 共焦光学系统具有三维分层扫描成像能力,有效地避免 邻层的干扰,并且与CD 播放机有极好的兼容性,成为 重要的三维光学数据读出方法
掺杂sp iropyran分子的聚甲基丙烯酸甲酯 ( PM2MA) 是一种光反应变色材料, 通过双光子 吸收过程在样品中产生折射率的改变,从而实现 高质量的微结构. 光反应变色材料的最大特点在于其光学可逆性, 利用光学辐照,可以使反应后的产物重新恢复到 反应前的状态,所以这种材料在可擦写光学信息 存储,波导写入等领域具有巨大的应用潜力
为何能突破衍射极限
光强依赖性 双光子聚合明显的阈值性 聚焦后的激光强度在空间上呈高斯或类高 斯分布
双光子聚合加工系统
双光子聚合加工的应用
加工系统:锁模钛宝石飞秒振荡器,脉宽150fs,中心波长780nm,重复频 加工系统: 率76MHz. 激光由一个数值孔径NA = 1. 4 的物镜聚焦. 实验所用的树脂 (型号为SCR500,由日本的JSR公司生产),该树脂对近红外波长是透明的, 允许钛宝石激光入射到树脂深处 纳米牛尺度: 纳米牛尺度:长10m,高7m,最细微部分的尺寸为120nm,是目前世 界上人工制作的最小动物模型.它的大小和人体红血球差不多
演示文稿有机光化学合成
光化学反应机理：
hv D(S0)
ISC D(S1)
D(T1) + 反应物 A(S0)
反应物 A(T1)
D(T1) D(S0) + 反应物 A(T1)
产物 (S0)
16
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有机光化学的理论基础
电子转移（ELT） • 激发态分子可以作为电子给体，将一个电子给予一个基态分 子，或者作为受体从 一个基态分子得到一个电子，从而生成离子自由基对。
有机光化学的理论基础
非辐射衰退
激发态很不稳定，不是发生化学反应，就是通过辐射或非辐射过程失 去激发能。辐射失活时通过放出荧光或磷光来实现。
11
第11页，共83页。
有机光化学的理论基础
辐射跃迁 分子由激发态回到基态或由高激到低激发态，同是发射一个光子的
过程称为辐射跃迁，包括荧光和磷光。
荧光 (Fluorescence)：电子从激发单线态最低振动能级（S1）跃迁到基态单线态 1（5 S0）的某个振动能级时所发出的辐射。如: S1→S0 的跃迁。（约10-13秒）
磷光 (Phosphorescence)：激发三线态（T1）向基态（S0）某振动能级跃迁所发 出的辐射。如: T1→S0；Tn→SO 则较少。 由于该过程是自旋禁阻的 ，因此与荧光相比其速度常数要小的多。所以磷光辐射 过程很慢，寿命较长 (10-5~10-3s)，光线较弱。
12
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有机光化学的理论基础
研究，只是当时对反应产物的结构还不能鉴定 。
60 年代上半叶，发现了大量的有机光化学反应。 60 年代后期，随着量子化学在有机化学中的应用和物理测试手段的突破 (主要
是激光技术与电子技术)，光化学开始飞速发展。 现在，光化学被理解为分子吸收大约 200 至 700 纳米范围内的光，使分子到达电子激
双光子吸收截面ppt-课件
和双光子诱导荧光法类 似，该方法也是通过比 较待测样品和已知双光 子吸收截面的标准样品 来求得待测样品的δ。
双根测面光据样： 以品子下的 瞬公双A A式光态可子吸得吸到收收待截cc光谱法 尤比由Δ一对的（测 测利比双（双可 可测通一双测 对的双当双Δ能双当NF通双能双可优根当测由通 比对的测难一测利F利准能测（（由入能N双利测通尤测N双由用收 入优测F对的 能由双准通比比一 当双通对的（（用收尤由当根ΔN测（双 当通可F双测测双一比（由对的双通FΔ（缺比当通通测测尤 尤测可对的一（双：：：：：AAAAcccc其较激种于依3量量用较光2光以以量常种光量于依光光光将光两过光将光以点据激量于常较于依量以种量用用确将量23激射将光用量常其量光激公截射点量于依将激光确常较较种光常于依22公截其于据量3光激常光量量光种较23激于依光过1点较两过过量量其其量以于依种2光为 为 为 为： ： ： ：） ） ） ） ） ） ） ） ） ）双双双双双对 待 发 三 很 赖 双双 单 待 子 子 有有 双 ， 三 子 双很 赖 子 束 子 直 子 束 改 子 直 子 有 ： 以 发 双 荧 ，待 很 赖 双 测 三 双 单 单 度 直 双 发 光 直 子 单 双 ， 对 双 子 发 式 面光 ： 双 很 赖直 发 子 度 ， 待 待 三束 子 ， 很 赖 式 面 对 荧 束 以 双 子发 ， 有 子 双 双 子 三 待 发 很 赖 子 测 与 待 束 测 测 双 双 对对 双 有 很 赖 三 子单单单单双双双双当入入当入入当入当待入光光光光光荧测态阶多关光 光色测诱诱效 效光双阶诱光 多关诱通诱接诱光变诱接诱效实下态光光双 测多关光出阶光色色高接光态强接诱色光双荧光诱态对δ强实光多关 接态诱高双测测阶 通诱双多关对δ荧光通下光诱
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1.5 应用举例
双光子聚合 双光子聚合机理与单光子基本相同，惟有 光子的吸收机理不同。
Kawata将计算机辅助设计和双光子聚合技 术相结合，成功的制造出了红细胞大小的 立体公牛（长10μm，高7μm） （Nature,2001,412:697~698）。
有机双光子吸收材料的合成与表征文稿演示
1. 双光子吸收过程原理及应用
双光子吸收过程一般是两个光子同时被一个 分子吸收，或者在极短的时间内两个光子被一个分 子相继吸收，一般两个光子吸收的时间差小于0.1 飞秒（1飞秒=10-15秒）。一般认为吸收是经过一个 假想态（virtual state），然后到达一个分子的激发 态。
180
150
1.2
TC2
120
TC3
0.8
90
60
0.4
TC2
TC1
30
0.0
0
TC1
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Wavelength/nm
TC系列化合物的单光子和双光子性质
λ(1)max a
λ
fl max
b
ΔνST c
λ
fl max
另外还制作出了一个微小的弹簧，弹簧的 直径为300nm，用激光作动力拉动弹簧，测 出了弹簧的弹性常数为8.2nNm-1。
光子晶体是用于控制光的一种器件，工作 原理与半导体类似。
2. 有机双光子吸收材料的研究进展
一般要求：具有共轭大π键，吸电子基团， 给电子基团，如D-π-D,D-π-A- π –D,A- πA, A- π –D -π-A, A- π –D结构等，共轭大 π键越长，吸收截面越大；分子的偶极矩 及极化率都对分子的吸收截面有重大影 响。
➢20世纪60年代激光器出现后，实验观测到双光子吸收 现象；
➢由于缺少大的双光子吸收截面材料（均小于1048cm4•s/photon），限制了其应用研究；
➢20世纪90年代后，大双光子吸收截面有机分子被逐渐 发现（10-46cm4•s/photon）
1.3 双光子吸收的优点
➢单光子吸收的强度与入射光强成正比（线形吸收）， 双光子吸收的强度与入射光强的平方成正比（非线形 吸收）；
C2H5 N
+ CHO
N NN
M eOH , KO H
reflux
C2H5 N
C2H5 N
C2H5 N
N NN
TC1
C2H5 N
N NN
TC2
C2H5 N
N NN
TC3
N C2H5
TC系列化合物在四氢呋喃溶液中的单光子吸收（左）和荧光（右）
Absorbance OPE intensity
1.6
TC3
AFX系列双光子吸收材料
Chem. Mater. 2001，13：1896
2.3 联苯体系 2.4 蒽体系 2.5 二噻吩并噻吩体系 2.6 二氢菲体系
2.6 配合物分子体系
J. Mater. Chem. 2005，15：579 Angew. Chem. Int. Ed. 2004，43：2
2.7 多分枝分子体系
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
I2 Pump （compound Ⅲ）
450
500
550
600
650
700
Wavelength/nm
397 GM
994 GM
A
D
D
A
D
A
π
π
A
AD
DD
DA
A
2.8 自组装体系
3. 三嗪衍生物的制备与光学性质研 究
C 2H 5 N
C 2H 5 N
C 2H 5 N
N NN
N NN
N NN
TC1
C 2H 5 N
TC2
C 2H 5 N
TC3
N N
N NN
TT3
N
N C 2H 5
3.1 2，4，6-三（3-（N-乙基）咔唑乙烯基）均三嗪的制备与光学性质
➢单光子吸收的辐照光源一般在紫外区（≤400nm）， 双光子在可见-近红外区（≥800nm），长波长使得入 射光的损耗较小，在介质中的穿透性好；
1.4 双光子吸收的应用
➢双光子过程以其特有的三维处理能力和极 高的空间分辨率而在生物、物理、化学、 医学、微电子技术等广泛领域显示出变革 性的应用潜力。
2.1 二苯乙烯体系
1998年，Albota等 人报道了以反式二 苯乙烯为共轭电子 中心，不同共轭长 度和不同给电子取 代基的有机双光子 吸收材料
Science 1998，281：1653
2.2 二烷基取代芴体系
Prasad研究组合成了一系列不同取代端基的烷基取代 芴衍生物
Chem. Mater. 1998，10：1863
TC2和TC3在四氢呋喃溶液中(C = 4 × 10-3mol L-1)的双光子激发荧光光谱
TPF Intensity
300 250 200 150 100
50 0 400
Ⅱ Ⅱ
200
150
100
50
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
400
2 IPump(comoundⅡ）300
200
100
d
σ2 e
σ2/MW f
TC1
387
454
3813
—g
—
—
TC2
391
459
3789
487
397 0.745(1. 0)
TC3
400
464
3488
490
994 1.347(1.
8)
a λmax of the one-photon absorption spectra in nm. b λmax of the one-photon fluorescence spectra in nm. c Stokes shift in cm-1 (1/λ(1)max─ 1/λ flmax). d TPEF peak position in nm. e TPA cross section in GM. f Reduced cross section. g weak fluorescence can not be detected.
双光子吸收示意图
S1 hυ
Ⅸ
S1
T1
V Fl Ph
hυ
hυ
Ⅸ
T1
Fl Ph
S0
a
S0
b
a 双光子吸收
b 单光子吸收
S 单线态能级，T 三线态能级，V 虚拟中间态，hv 吸收光能量，
Fl 荧光，Ph 磷光，Ⅺ 系间窜越
1.2 双光子吸收的发现与研究
➢1931年Goppert-Mayer理论上证明了双光子吸收过程 的存在；