随着信息技术的高速发展,有机荧光材料在过去几十年取得了突破性的进展,在有机电致发光器件、生物成像、化学传感等方面已经取得了广泛的应用。通常,荧光材料都是以聚集态的形式被应用的,然而,传统的荧光材料在聚集态时存在“聚集导致猝灭”(ACQ)效应,在高浓度溶液中或固态下形成激基复合物导致荧光材料发光效率的降低。自2001年聚集诱导发光(AIE)现象被发现后,AIE概念与材料科学的各个领域相结合,为荧光材料应用中因分子聚集导致性能下降的问题提供了解决方案。然而,随着功能分子结构设计和性能研究的不断进步与发展,科学家们发现分子在聚集态下的物理堆积方式也能极大地影响材料的性能。因此,对于分子结构、分子堆积和材料性能三者之间相互关系的研究具有非常重要的意义。本论文第一部分围绕具有力刺激荧光响应性质的四苯乙烯(TPE)衍生物的晶体结构,深入地研究分子结构、分子堆积与力刺激荧光响应的机理和构性关系;第二部分主要设计并合成了新型含有四苯乙烯单元的界面修饰材料,并将其应用于聚合物太阳能电池阴极的界面修饰中,深入研究了分子间作用力对分子堆积和器件性能的影响;第三部分主要设计并合成了一例含有四苯乙烯的荧光探针,利用探针分子与被检测物作用后聚集状态发生改变所引起的荧光变化,实现在水体系环境下的特异性检测,并深入研究了其机理。具体内容如下:第一章:AIE现象的机理研究和TPE衍生物的应用综述。简要介绍聚集诱导发光现象和机理研究,着重介绍四苯乙烯衍生物在有机光电功能材料各个领域的应用及设计思路;最后,针对研究聚集态下分子结构、分子堆积与材料性能之间的关系,提出了本论文的设计思想。第二章:设计合成了五个以TPE为核、不同烷氧基取代的具有不同压致荧光变色(PCL)性质的分子 TPE-C1、TPE-C2、TPE-C3、TPE-C4 和 TPE-C6。基于五个分子的单晶结构,研究烷基链长度对分子堆积的影响,提出分子堆积与发光颜色以及压致荧光变色性质之间的构性关系,建立扭曲型分子压致荧光变色性质的理论模型:晶态下分子堆积的紧密程度决定了 PCL性质的强弱,晶体中分子堆积越紧密,分子构象越平面化,晶态下化合物的发射波长趋向红移,与在外力作用下形成的无定形态发光颜色差异变小,从而导致压致荧光变色性质不明显。第三章:发现了 TPE-C1的两种晶体表现出不同的力致发光活性,并基于两种晶体结构中分子堆积方式与分子间作用力的差异,研究了分子间氢键对有机晶体机械强度和力致发光性质的影响,提出了力致发光活性与分子结构及分子堆积之间的构性关系:晶体中所拥有的丰富的C-H…π和C-H…O氢键可以极大的降低研磨压力下分子堆积结构之间的滑移,有助于增强晶体的应力强度,降低晶体结构瓦解所导致的非辐射能量损耗,从而有利于获得高亮度的力致发光性能。第四章:设计合成了两个以TPE为核、具有两亲性季铵-磺酸盐侧链的水醇溶性AIE分子TPE-1和TPE-2,并应用于聚合物太阳能电池阴极的界面修饰。研究两种AIE分子堆积上的差异对于器件性能的影响,揭示了 TPE-2在分子间静电相互作用驱动下所形成层状堆积的结构有利于电子的传输,在PTB-7:PC71BM作为活性层的单节正置器件中取得了 8.94%的光电转换效率。第五章:设计合成了四个以TPE为核、具有不同极性侧链基团的水醇溶性AIE分子TPE-3、TPE-4、TPE-5和TPE-6,并应用于聚合物太阳能电池阴极的界面修饰,研究极性基团对器件光伏性能和加工性能的影响。在PTB-7:PC71BM作为活性层的单节正置器件中分别取得了 9.21%、9.15%、8.89%和9.12%的光电转换效率。第六章:设计、合成了一个以TPE为核、双硼酸酯取代的荧光探针TPE2B,并合成了 TPE20H、TPEB和TPEOH详细地研究了其传感机理。利用芳基硼酸酯与OCl-的反应活性和“分子内运动受阻”(RIM)机理,TPE-2B可在水体系中检测OCl-浓度,具备超快的响应速度(30 s)和良好的选择性,在水溶液中检测限为28nM,试纸条上可检出0.1mM的OCl-。