智能响应光学功能材料在可擦写和安全打印中的设计 合成和应用研究

智能响应光学功能材料在可擦写和安全打印中的设计 合成和应用研究

智能响应型光功能材料因其可控的光学性质,如吸收、发光强度、波长以及寿命等,在信息存储和安全防伪等领域展现了巨大的应用潜力。目前该领域面临的主要问题是:记录的信息颜色单一、保存时间短以及容易泄露等。为了解决上述问题,通过合理的结构设计,我们制备了一系列新型智能响应型光功能材料,并实现了它们在可擦除与安全打印中的应用。首先,利用不同的金属离子,制备了一系列具有不同颜色的三联吡啶金属配合物。通过调控金属-配体之间的配位与解离过程,发展了多彩和喷水无墨打印体系。其次,基于离子型发光锰(Ⅱ)配合物固有的杂化结构,通过调控有机配体与发光锰中心之间可逆的离子相互作用,发展了可擦除和多级安全打印技术。此外,利用具有超长室温磷光(RTP)的有机膦盐化合物,通过改变烷基链长度和抗衡阴离子调控发光寿命,并实现了它们在安全打印方向的应用。本论文的主要内容如下:1、基于动态金属-配体配位原理构建多彩和喷水无墨复写纸设计、制备了三种具有D-π-A型结构的三联吡啶配体(L1、L2和L3)。首先,利用不同的金属离子与配体L1进行配位,制备了七种不同颜色的金属配合物。利用金属盐水溶液作为安全墨水,在由L1和聚乙醇-聚丙二醇-聚乙醇(PEG-PPG-PEG)构成的复写纸上实现了彩色打印。然后,利用四丁基氟化铵(TBAF)破坏金属-配体配位键,实现了信息的擦除。其次,利用含有不同抗衡离子的锌盐与配体L2进行配位,调控出青、绿、黄和橙四种发光颜色,实现了彩色发光打印。此外,基于动态的金属-配体配位键,进一步发展了喷水无墨打印技术。因此,这种基于动态金属-配体配位策略的可擦除和安全打印技术为推动该领域的实际应用提供了重要指导。2、动态调控锰(Ⅱ)配合物的发光性质用于可擦除与多级安全打印设计、制备了离子型锰(Ⅱ)配合物[MnBr4]2-[etpp]2+和[Mn X2Y2]2-[tppt]2+(X和Y=Cl、Br或I)。基于离子型锰(Ⅱ)配合物固有的杂化结构,通过调控有机配体(敏化剂)和金属锰中心之间可逆的离子相互作用,可以有效地调控锰(Ⅱ)配合物的发光强度和寿命,从而实现可擦除与多级安全打印。首先,利用纯水作为墨水,在由[MnBr4]2-[etpp]2+和PEG-PPG-PEG构成的安全纸上实现信息打印,通过加热方式即可实现信息擦除。此外,基于离子型锰(Ⅱ)配合物发光寿命的动态可调性,利用发光寿命成像技术,成功实现了信息的高级加密与解密。3、纯有机超长室温磷光分子的设计、制备及其在安全打印中的应用通过一步法反应,制备了一系列具有超长RTP特性的有机膦盐溴化物。差示扫描量热(DSC)曲线表明,有机膦盐溴化合物的熔点与其发光寿命的变化趋势一致。同时,该结果说明分子内/间相互作用对有机膦盐化合物的发光寿命有显著影响。晶体分析表明,有机膦盐晶体中存在较强的分子内/间相互作用,使得它们具有高结晶能力,因此在经过研磨后仍然具有超长RTP特性。此外,通过改变烷基链长度和卤素离子,实现了RTP寿命的大范围调控(从1.27 ms到884.71 ms)。最后,基于有机膦盐的高结晶能力和可调的超长RTP特性,利用商用喷墨打印机成功实现了多重信息加密和防伪。本工作推动了有机RTP材料在安全打印实际应用方向的发展。

基本信息

题目智能响应型光功能材料的设计、合成及其在可擦除与安全打印中的应用研究
文献类型博士论文
作者佘鹏飞
作者单位南京邮电大学
导师黄维
文献来源南京邮电大学
发表年份2020
学科分类工程科技Ⅰ辑
专业分类化学,材料科学,轻工业手工业
分类号TS802;TB34;O641.4
关键词智能响应型光功能材料,动态金属配体配位,发光寿命调控,可擦除打印,安全打印
总页数:104
文件大小:8530K

论文目录

摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
  1.1 背景介绍
  1.2 智能响应材料在可擦除信息存储与加密中的研究进展
    1.2.1 光致变色材料
    1.2.2 热致变色材料
    1.2.3 水致变色材料
    1.2.4 电致变色材料
    1.2.5 其他类型的智能响应光功能材料
  1.3 长寿命发光材料在信息加密中的研究进展
    1.3.1 镧系纳米晶体
    1.3.2 磷光过渡金属配合物
  1.4 超长室温发光材料在安全防伪中的研究进展
    1.4.1 量子点超长室温发光材料
    1.4.2 纯有机小分子超长室温发光材料
    1.4.3 聚合物超长室温发光材料
  1.5 论文研究思路
第二章 基于动态金属-配体配位原理构建多彩和喷水无墨复写纸
  2.1 引言
  2.2 实验部分
    2.2.1 实验试剂与药品
    2.2.2 实验仪器和测试方法
    2.2.3 复写纸的制备
    2.2.4 细胞毒性测试
  2.3 结果与讨论
    2.3.1 设计与合成
1-M的光物理性质研究'>    2.3.2 金属配合物L1-M的光物理性质研究
    2.3.3 多彩打印
2-M的光物理性质研究'>    2.3.4 金属配合物L2-M的光物理性质研究
3-M的光物理性质研究'>    2.3.5 金属配合物L3-M的光物理性质研究
    2.3.6 喷水无墨打印
    2.3.7 细胞毒性
    2.3.8 复写纸的成本
  2.4 本章小结
第三章 动态调控锰(Ⅱ)配合物的发光性质用于可擦除与多级安全打印
  3.1 引言
  3.2 实验部分
    3.2.1 实验试剂与药品
    3.2.2 实验仪器和测试方法
    3.2.3 锰(Ⅱ)配合物的合成
    3.2.4 安全纸的制备
    3.2.5 发光寿命成像
  3.3 结果与讨论
    3.3.1 设计与合成
    3.3.2 喷水无墨打印
    3.3.3 基于寿命成像的安全打印技术
    3.3.4 发光寿命的动态调控
    3.3.5 多级安全打印
    3.3.6 细胞毒性
    3.3.7 安全纸的成本
  3.4 本章小结
第四章 纯有机超长室温磷光分子的设计、制备及其在安全打印中的应用
  4.1 引言
  4.2 实验部分
    4.2.1 实验试剂与药品
    4.2.2 实验仪器与测试方法
    4.2.3 有机膦盐的合成
  4.3 结果与讨论
    4.3.1 有机膦盐的制备与表征
    4.3.2 有机膦盐的光物理性质研究
    4.3.3 抗衡离子调控有机膦盐的发光寿命
    4.3.4 基于超长室温磷光材料的安全打印技术
    4.3.5 多重信息防伪技术
  4.4 本章小结
第五章 总结与展望
  5.1 论文结论
  5.2 展望
参考文献
附录1 攻读博士学位期间撰写的论文
附录2 攻读博士学位期间申请的专利
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢

参考文献

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