BODIPY类激光染料的合成及性能研究

作者:杨杨;高超颖;许良;段莉梅;陈静 刊名:现代化工 上传者:吕祖荫

【摘要】BODIPY类染料以其光化学稳定性好、激光转换效率高、较大的激光发射和可调范围、溶解度好、激发态吸收截面小、三重态驰豫效率小等优点极大提升了光响应能力。在液体、固体聚合物介质中,BODIPY染料在泵浦脉冲下可以产生稳定的激光信号。通过染料分子结构和光物理性质研究,可以筛选出产生最优激光性能的结构和基质。主要介绍了染料共掺及改性聚合物基质固体染料激光的研究进展,同时对新型BODIPY类激光染料的研究现状进行了综述。

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随着可调谐激光技术的发展,有机染料在可调谐激光器和光电器件应用方面得到了人们的普遍关注[1]。此外,有机染料在荧光探针、分子传感器、光纤通信和信息存储领域具有广阔的应用前景[2-3]。因此研究有机染料的分子结构和环境条件对光物理性质的影响是非常必要的,不仅可以拓展其潜在的应用价值,而且对设计具有特殊功能的新型染料也有重要的指导意义[4-5]。氟硼二吡咯甲川类化合物(BODIPY)是近年来发展起来并受广泛重视的一类荧光染料。该类染料具有较强的化学稳定性,通过化学反应引入特定的推-拉电子基团可以极大改变染料的光物理性质和激光特性[6]。激光染料具有可调谐区间宽、激光效率高、持续照射稳定性好、荧光量子产率高、系间蹿越的速率常数低以及摩尔吸光效率高等优点,在液体、固体染料激光介质和制造光信息载体方面具有重要的价值[7]。本文中对近年来基于氟硼二吡咯类化合物在共掺及改性聚合物基质中激光性能进行了概述,同时对新型BODIPY类激光染料的研究进展也进行了系统的综述。1商品化激光染料在聚合物中的激光性能19881993年,Boyer和Pavlopoulos等合成了一系列不同取代的BODIPY化合物1~14,并将该类染料用于可调谐染料激光方面,同时高度评价了其在可调谐激光领域的应用价值[8]。自此,BODIPY类染料在染料激光的研究中得到极大的发展。1.R1=H,R2=H;2.R1=CH3,R2=C2H5;3.R1=R2=C2H5;4.R1=CH3,R2=C(CH3)3;5.R1=CH2OCOCH3,R2=C2H5;6.R1=CN,R2=CO2C2H5;7.R1=R2=CH3;8.R1=C2H5,R2=CO2C2H59.R1=H,R2=p-C6H4OCH3,R3=CH3;10.R1=R2=H,R3=C6H5;11.R1=C6H5,R2=R3=CH3;12.R1=C2H5,R2=CH3;13.R1=CO2C2H5,R2=C2H5;14.R1=NO2,R2=CH3人们对传统的激光染料激光性能进行改进的过程中,发现共掺染料和有机聚合物染料具有较强的抗损伤阈值和光稳定性。随着BODIPY激光染料被逐渐商品化,国内外许多研究组将商品化的PM567、580和597染料掺入常温下能够凝成固态的有机聚合物基质中,获得具有液体染料激光输出特性的固体工作物质,为系统研究其在不同掺杂条件下的激光输出性质与稳定性的关系提供了新的思路。Arbeloa[9]研究组于1999年首次将上述4种商品化的BODIPY染料在溶液中的光物理性质与激光性能进行了研究。染料的激光发射效率与分子吡咯环上的2、6位取代基有直接的关系,供电子取代基导致染料非辐射跃迁速率升高,母体杂环结构中碳正离子稳定性增强,染料分子平面性减弱,荧光强度和激光效率降低。2001年,Bergmann等[10]研究了染料PM567和2种新型BODIPY染料15、16在激光照射下的吸收和发射光谱性质,同时对比了其在含丙烯酸聚合物10%的乙酸乙酯溶液中的光谱性质,在这2种环境下,光谱性质类似,斯托克斯位移很小,且均具有很高的量子效率。皮秒激光泵浦下饱和吸收试验证实激发态的染料分子吸收光谱非常弱,这使染料在激发态时可以避免由于进一步的吸收能量而发生光降解。固态聚合物中染料的激光持续照射光降解实验表明,染料具有较好的激发态光稳定性,并且通过添加合适的辅助试剂可以有效地改善染料的光稳定性。2003年Amat-Guerri等[11]和Costela[12]研究组将商品化的PM567的8-位通过柔性亚甲基链修饰合成了一系列性能优异的BODIPY激光

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