随着激光技术的迅速发展,激光在军事、医疗、加工等领域中的应用不断扩大,用于光学精密设备和人眼免于激光损伤的光限幅材料越来越受到人们的重视。现有的光限幅材料存在着一定不足,如:热性能好、三阶非线性系数大的光限幅材料较少;分子结构和光限幅性能之间的关系还不完全清楚;新材料合成困难等。因此,探索具有宽波段、高可见光透射率及快速响应的光限幅材料具有很重要的意义。二苯乙烯和偶氮苯化合物共轭体系长,电子流动性好,是很好的非线性光学生色基团。通过在两端的苯环上分别引入不同的吸电子基团和供电子基团,可以使分子固有偶极增大,呈现更高的非线性光学活性。因此,偶氮苯、二苯乙烯及其衍生物作为有机光电响应材料已被广泛的应用在非线性光学、光存储、光开关、光限幅及液晶领域。为了改善光限幅材料的实用性能,获得热性能好、三阶非线性系数大的光限幅材料,我们通过分子设计,将其分别连接到纳米大小的无机倍半硅氧烷(POSS)和聚炔共轭高分子中,合成了系列含有二苯乙烯和偶氮苯非线性生色团的聚炔共轭高分子和POSS基有机/无机分子杂化材料,并详细探讨了材料结构与光限幅性能间关系。主要工作内容如下:　　1.简述了非线性光学原理及光限幅的测试方法,详细综述了光限幅材料的研究现状及进展。　　2.结合POSS分子和聚炔高分子的结构特点,设计合成了八种含有二苯乙烯或偶氮苯结构的末端炔化合物,并利用FTIR、1H NMR、13C NMR和EA(elemental analysis)对分子的结构进行了表征。将相转移催化法应用于Wittig反应,发现合成中使用水/二氯甲烷非均相体系作反应溶剂,条件温和,后处理简单。在Sonogashira反应中,发现选用NEt3/DMF混合体系作溶剂有利于反应在较高温度下进行。在羧酸酰化的反应过程中加入1滴DMF,能够加速反应的进行。目标化合物产率较高,易提纯。　　3.首次设计合成了较高热稳定性的含偶氮苯生色团的POSS基有机/无机分子杂化光限幅材料,开辟了杂化光限幅材料新的方向,为高稳定性光限幅材料的分子设计与制备提供了新的思路。　　4. POSS基有机/无机分子杂化光限幅材料合成研究中,发现将POSS核引入偶氮苯非线性生色团后几乎没有影响生色团的电子结构,还赋予了杂化材料良好的溶解性能和成膜性能。对投料比(M/T8H)对产物结构影响研究发现,加成产物中，POSS上加成臂数随投料比增加明显增加,显示可通过控制投料比有效控制杂化物中POSS上加成臂数。POSS基杂化偶氮苯衍生物的热性能研究发现,引入POSS到偶氮苯分子上明显地促进了杂化材料热稳定性的提高。并且热分解温度随POSS组分含量升高而增大。光限幅和非线性测试结果表明POSS基杂化纳米复合物具有显著的光限幅和较好的三阶非线性光学性能以及很好的光学稳定性。并且酰胺基取代的杂化材料中,由于氢键作用的存在使得杂化材料的三阶非线性光学系数显著增大(高达9.52×10-12 esu)。光限幅的机理可能主要来自于分子的反饱和吸收。因此,POSS基有机/无机杂化非线性光学材料将会是很有发展前景的光限幅材料。　　5.基于Schweig的理论预测,二阶非线性有机生色团可有效提高共轭高分子的三阶非线性光学性能,我们通过分子设计将二阶非线性系数较大的偶氮苯或二苯乙烯生色团连接到共轭聚炔高分子中,增加材料的非线性,并期望产生新颖的光限幅性能;同时,在分子设计中,引入长的烷氧基柔性链,有效改善材料的溶解性及稳定性。以[Rh(nbd)Cl]2为催化剂,改变取代生色团中共轭桥结构、长度、末端取代基以及取代生色基团与共轭主链连接方式,合成了系列含不同共轭桥或不同取代基的生色团的可溶性功能性聚炔,系统研究了分子结构对光学性能的影响。发现非线性生色团侧链的引入有效地提高了聚炔的热稳定性和三阶非线性光学性能,并赋予了聚炔新颖的光限幅性能;它们的非线性光学和光限幅性能明显受到分子结构影响,较长的间隔基会降低聚炔共轭主链与生色团侧链电子之间的相互作用,从而导致聚合物的非线性光学和光限幅性能较弱;含C=C共轭桥的二苯乙烯生色团取代的聚炔比含N=N共轭桥的偶氮苯生色团取代的聚炔具有更好的光限幅性能。通过在二苯乙烯生色团末端引入吸电子的硝基和不同链长的供电子的烷氧取代基的方法,设计合成出一系列主链和侧链直接共轭相连的含二苯乙烯生色团的功能性聚炔高分子,研究发现末端基为较长烷氧基链或强吸电子基团(硝基)时聚合物均呈现较大的非线性光学系数和较好的光限幅性能。光限幅的机理主要来自于分子的反饱和吸收。因此,含偶氮苯或二苯乙烯生色团的功能聚炔可能是很有发展前景的光限幅材料。该研究不仅丰富了功能聚炔衍生物体系,而且为可溶性、高热稳定新型光限幅材料的分子设计奠定了基础。