基于刺激弯曲响应性质的有机小分子晶体

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有机柔性材料作为新型有机材料在柔性器件,可穿戴设备等领域具有潜在的应用价值而广泛受到关注。传统有机分子晶体在外力的作用下容易发生断裂或破碎,因此阻碍了其在柔性元件方面的应用。有机小分子柔性晶体的发现弥补了这一不足,有机小分子化合物来源广,易合成提纯以及大量制备晶体。近些年来光波导领域的发展又为有机弹性晶体开辟了新的应用领域。在本论文中,我们设计合成了两种简单的有机小分子并制备了大量的晶体,借助三点弯曲,光谱,拉曼光谱等一些测试手段,对晶体结构与功能的关系进行了深入的研究,并且为新型有机弹性晶体的设计提供了新思路。此外,在有机晶体光波导应用方面我们也开展了相关的探索。1.第二章中,我们基于(Z)-2,3-二苯基丙烯腈衍生物分子骨架合成了另一种化合物(Z)-4-(2-氰基-2-(4-(三氟甲氧基)苯基)乙烯基)苯甲腈CN-TFMOPB。我们通过重结晶制备了弹性的针状晶体与塑性的片状晶体。XRD表明两种晶体为同一晶相。单晶数据表明晶体内呈层状结构,每一层的分子通过π–π堆积的方向沿a轴生长,由于三氟甲基的四面体构型,分子层之间存在易重组的F···F弱相互作用,受力时会发生分子层的滑移,因此晶体具有塑性。此外,我们还对晶体进行了弹性与塑性光波导方面的研究,较低的光损耗系数结果表明这类材料在有机光波导领域具有重要的应用价值。2.在第三章中,我们制备了一种已被报道的(Z)-2,3-二苯基丙烯腈衍生物(Z)-4-(1-氰基-2-(4-(二甲氨基)苯基)乙烯基)苯甲腈CN-DPVB,利用1,2-二氯乙烷/乙醇体系缓慢扩散法制备了大量橙黄色针状晶体。使用镊子挤压晶体两端可以使晶体弯成半圆形而不发生断裂,松开镊子后晶体会恢复原状并且整个过程可以重复多次。晶体中丰富的弱相互作用赋予了晶体良好的弹性。不仅如此,我们发现将晶体置于浓盐酸氛围下时晶体也会发生明显的弯曲。当晶体处在浓盐酸氛围时,分子与氯化氢发生了反应导致分子中二甲氨基发生质子化并旋转了大约70度。因此当晶体被置于浓盐酸氛围时,晶体表面的分子会发生质子化,二甲氨基发生旋转,导致了分子间发生微小的滑移,这种作用随着时间的推移逐渐累加最终导致整个晶体发生弯曲。此外,我们还对晶体进行了柔性光波导方面的研究,较低的光损耗系数结果表明这类材料在光波导领域具有重要的应用价值。综上所述,我们设计合成了两个具有不同弹性性质的有机小分子弹性材料并制备了它们的晶体。我们对这两种晶体材料的弹性性质进行了深入的研究。通过对这两种晶体材料的表征清晰地阐明有机小分子弹性材料的结构与性质的关系。这些研究为新型有机小分子弹性材料的设计提供了一些新的思路。
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