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聚集诱导发光分子掺杂聚合物的制备与玻璃化转变温度的精准测定及关联研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学的广阔领域中，聚集诱导发光（Aggregation-InducedEmission，AIE）分子掺杂聚合物作为一类新型的功能材料，近年来受到了广泛的关注与深入的研究。传统的有机荧光材料存在聚集导致发光猝灭（Aggregation-CausedQuenching，ACQ）效应，即在稀溶液中发光性能良好，但在聚集态或固态下，由于分子间的相互作用，荧光会显著减弱甚至消失，这极大地限制了其在实际中的应用。2001年，我国科学家唐本忠团队发现了聚集诱导发光现象，一些有机荧光材料在溶液中几乎不发光，而在聚集状态或固体薄膜下发光显著增强。这一发现颠覆了传统认知，为高效聚集态发光材料的设计开辟了新途径。

AIE分子掺杂聚合物结合了AIE分子的独特发光特性和聚合物的良好成膜性、加工性能等优点，在众多领域展现出巨大的应用潜力。在光电显示领域，可用于制备高亮度、高分辨率的有机发光二极管（OLED），提升显示效果；在生物传感方面，能够作为高灵敏度的荧光探针，用于生物分子的检测和生物成像，助力疾病的早期诊断和治疗监测；在防伪领域，利用其独特的发光特性，可制作难以复制的防伪标识，保障产品的真实性和安全性。

玻璃化转变温度（GlassTransitionTemperature，Tg）是聚合物材料的一个关键性能指标，它标志着聚合物从硬脆的玻璃态转变为柔韧高弹态的临界温度。对于AIE分子掺杂聚合物而言，玻璃化转变温度对其性能和应用有着至关重要的影响。首先，Tg决定了材料的使用温度范围。若在低于Tg的环境下使用，材料表现出玻璃态的特性，质地硬脆，容易发生破裂；而在高于Tg的温度下，材料呈现高弹态，可能会出现尺寸不稳定、变形等问题。其次，Tg与材料的加工性能密切相关。在聚合物的加工过程中，如注塑、挤出等，需要将材料加热到Tg以上，使其具有良好的流动性和可塑性，便于成型加工。此外，Tg还会影响AIE分子在聚合物基体中的分散状态和发光性能。当温度接近或超过Tg时，聚合物链段的运动加剧，可能导致AIE分子的聚集状态发生改变，进而影响其发光效率和稳定性。因此，深入研究AIE分子掺杂聚合物的制备方法以及准确测定其玻璃化转变温度，对于优化材料性能、拓展应用领域具有重要的科学意义和实际应用价值。

1.2国内外研究现状

在聚集诱导发光分子掺杂聚合物制备方面，国内外学者已开展了大量研究并取得了一定成果。在合成方法上，常见的有共聚法，通过将AIE单体与其他单体进行共聚反应，使AIE基团引入聚合物主链或侧链。如采用自由基共聚，将具有AIE特性的乙烯基单体与普通乙烯基单体聚合，成功制备出具有良好发光性能的共聚物。点击化学法也备受关注，利用炔基与叠氮基的点击反应，能够高效地合成结构精确的AIE聚合物，且反应条件温和、副反应少。

在材料体系构建上，共轭型AIE聚合物由于其分子内共轭结构，能够有效传递π电子，实现高效发光，被广泛研究。研究人员通过设计不同的共轭骨架，如聚芴、聚噻吩等，引入AIE基团，调控聚合物的发光性能。非共轭型AIE聚合物则凭借其良好的溶解性和加工性，在一些应用场景中展现出独特优势。通过将AIE小分子修饰到非共轭聚合物链上，制备出兼具AIE特性和聚合物优良性能的材料。

在玻璃化转变温度测试方面，差示扫描量热法（DSC）是最常用的方法之一。它通过测量样品与参比物在升温或降温过程中的热流差，确定玻璃化转变温度，具有操作简便、测试速度快等优点。动态力学分析（DMA）则是基于材料在动态交变应力作用下，模量和损耗因子随温度的变化来测定Tg，能够提供材料的力学性能信息。此外，热机械分析（TMA）通过测量样品在温度变化过程中的尺寸变化，也可用于确定Tg。

尽管国内外在该领域取得了诸多进展，但仍存在一些不足。在制备方面，部分合成方法步骤复杂、产率较低，难以实现大规模工业化生产。对于不同AIE分子与聚合物的兼容性研究还不够深入，导致材料性能的稳定性和重复性有待提高。在玻璃化转变温度测试方面，不同测试方法得到的结果可能存在差异，缺乏统一的标准和精确的理论模型来解释这些差异。对于复杂体系的AIE分子掺杂聚合物，由于分子间相互作用复杂，现有的测试技术难以准确测定其Tg。

1.3研究内容与创新点

本研究聚焦于聚集诱导发光分子掺杂聚合物的制备及其玻璃化转变温度的测试。在制备方面，致力于开发一种简单、高效且绿色环保的制备方法。计划采用新型的单体和反应路径，通过优化反应条件，如温度、时间、催化剂用量等，提高材料的制备效率和质量。探索不同AIE