苝酰亚胺（Perylene diimide,PDI）作为典型的稠环芳烃化合物,具有大的平面共轭结构、优异的热稳定性、光稳定性和化学稳定性。此外,苝酰亚胺衍生物还具有高荧光量子产率,在可见光区域具有强吸收,并且光电性质可调,在太阳能电池、荧光探针和非线性光学等领域都具有重要的应用价值。本论文以1,6,7,12-四氯-3,4,9,10-苝四甲酸二酐为主要原料,在苝酰亚胺的氮位引入烷基链和硅氧烷等不同取代基,然后通过钯催化在湾位进行硅杂环反应,制备了三种具有不同取代基的硅杂环苝酰亚胺衍生物:C10C8-2Si PDI、TTMSS-2Si PDI和POSS-2Si PDI。通过核磁共振氢谱等对目标产物的化学结构进行了表征,热重分析实验表明TTMSS-2Si PDI和POSS-2Si PDI具有比C10C8-2Si PDI更好的热稳定性。在此基础上,首先运用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等方法对样品的光物理性质进行了分析,实验结果表明:湾位的硅杂环结构会使光谱产生红移,赋予材料窄的吸收带隙;另外,湾位的硅杂环结构和氮位大体积取代基的位阻作用可以有效抑制荧光淬灭效应,提高材料的荧光量子产率,其中POSS-2Si PDI的本体荧光量子产率高达78%。其次,通过差示扫描量热仪、偏光显微镜、小角X射线衍射、扫描电镜等方法对样品的相结构进行了初步研究,结果表明C10C8-2Si PDI具有高度有序的晶体结构,TTMSS-2Si PDI和POSS-2Si PDI还能自组装为规则的带状晶体,在有机光电器件领域具有潜在应用价值。最后,通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱研究发现:基于硅碳键或硅氧键断裂的检测机制,C10C8-2Si PDI、TTMSS-2Si PDI和POSS-2Si PDI三种化合物都可以作为检测氟离子的比率传感器,并且具有响应迅速、灵敏度高、选择性强等优点。此外,本论文以氨基取代的苝酰亚胺衍生物POSS-NH₂PDI为参照物,通过Z-扫描技术研究了酰胺化苝酰亚胺衍生物POSS-AMPDI的非线性光学性质,结果表明POSS-AMPDI具有明显的反饱和吸收特性,在光限幅领域具有潜在应用价值。对不同入射光能量下的Z-扫描曲线进行拟合得到有效非线性吸收系数,结果显示有效非线性吸收系数随着入射光能量的增强而逐渐增大,表明POSS-AMPDI的反饱和吸收性质可能同时源于双光子吸收以及双光子引起的激发态吸收。