偶氮苯類三階非線性光學(xué)材料分子設(shè)計(jì)與理論研究.pdf

1、隨著以光子學(xué)為中心的信息時(shí)代的到來,具有特殊信息處理功能和超快響應(yīng)的光電材料成為未來信息材料發(fā)展的主體。由于在激光,通信,武器,醫(yī)藥器械,核聚變和光計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用,非線性光學(xué)材料研究已經(jīng)持續(xù)多年是光學(xué),新功能材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。分子非線性光學(xué),是一門新興學(xué)科,其主要目的之一就是識(shí)別分子中對(duì)于二階和三階光學(xué)非線性起重要作用的電子結(jié)構(gòu),有效指導(dǎo)化學(xué)合成工作。量子化學(xué)方法正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有力工具之一。目前已發(fā)展了多種計(jì)算分

2、子非線性極化率的量子化學(xué)計(jì)算方法。
　　 偶氮類化合物是一類重要的有機(jī)三階非線性光學(xué)材料。分子內(nèi)部發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移將導(dǎo)致分子三階非線性極化率的增大。我們用π電子密度較大并有相等π電子數(shù)的雜環(huán)呋喃、吡咯、噻吩分別取代偶氮苯分子中的苯環(huán),并且考慮了雙雜環(huán)取代和單雜壞取代以及取代基位置的影響,設(shè)計(jì)出了十五個(gè)分子。分子的初始構(gòu)型,對(duì)分子的非線性極化率影響較小,基組的選擇對(duì)分子的非線性極化率影響較大,添加極化和彌散函數(shù)是必需的。我們用MOP

3、AC水平上的初始優(yōu)化構(gòu)型和對(duì)重原子和氫原子添加極化和彌散函數(shù)的6-311++G(d,p)基組,用HF方法計(jì)算了它們的非線性極化率、分子構(gòu)型、單點(diǎn)能和電荷分布,研究了大的π電子密度雜環(huán)取代對(duì)分子非線性極化率的影響。得到的十五個(gè)分子中,兩個(gè)分子三階非線性極化率大于偶氮苯,其它的分子的三階非線性極化率都小于偶氮苯,這說明π電子密度的大的雜環(huán)取代并非一定能提高分子的三階非線性極化率。無論是雙環(huán)取代還是單環(huán)取代,噻吩取代后的分子始終具有最大的三階

4、非線性極化率,且穩(wěn)定性強(qiáng),噻吩可以作為一種很好的取代基材料。取代基位置對(duì)分子的非線性極化率有影響,噻吩取代時(shí),取代位置對(duì)非線性極化率影響較大,不同位置相差可以達(dá)到lO％-20％。雜原子O與S屬于同一周期,呋喃與噻吩卻表現(xiàn)出了非常大的差異。同時(shí)我們還用吡啶取代,得到了兩個(gè)分子,計(jì)算了它們的三階非線性極化率。
　　 共軛體系中引入吸電子基和供電子基,形成如D-A-D、D-π-A或A-D-A等吸供體系可以增強(qiáng)分子內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移程度,減小