摘要：传统的荧光染料由于自身刚性的分子结构,在固态或聚集态下存在强的π-π相互作用会导致荧光猝灭。而聚集诱...传统的荧光染料由于自身刚性的分子结构,在固态或聚集态下存在强的π-π相互作用会导致荧光猝灭。而聚集诱导发光（AIE）材料在固态下却存在着相反的发光行为,因此AIE材料独特的光物理性质使其在有机发光二极管、荧光传感、生物成像和爆炸物检测等各个领域具有巨大的应用前景。本文围绕AIE理念,设计合成了新的AIE分子,研究了分子结构与性能之间的联系,开发了高性能发光材料,在OLED器件和生物成像等方面表现出优异性能。在第二章工作中,我们成功设计合成了含蒽和苯并咪唑基团的新型蓝光AIE材料（TPE-TAPBI和TriPE-TAPBI）。这些新的蓝光材料具有良好的热稳定性,在固态薄膜下具有很高的量子产率。含有四苯基乙烯的分子TPE-TAPBI与含有三苯基乙烯的分子TriPE-TAPBI在不同水含量的THF/H2O混合溶剂中表现出完全相反的发光行为。TPE-TAPBI表现出AIE现象,而TriPE-TAPBI却为ACQ,因此固态薄膜下,化合物TPE-TAPBI的荧光量子产率更高。值得注意的是,基于TPE-TAPBI的非掺杂OLED器件实现了高的电致发光效率(7.21 cd A-1,6.78 lm W-1和5.73%)和稳定的蓝光发射(CIEx,y=0.15,0.16)。此外,基于TPE-TAPBI的双色混合白光器件具有稳定的暖白光发射(CIEx,y=0.45,0.46)和优异的总器件性能(1000 cd m-2时,70.5 lm W-1、76.0 cd A-1和28%)且效率滚降低。在第三章工作中,用呋喃、噻吩和硒吩桥连设计合成并表征了一系列由噻咯环和米基硼构筑的红光化合物。对其光学物理性质、电子结构和电致发光（EL）性能进行了探究。由于给电子能力的不同,化合物的发射波长随着呋喃环到硒吩环的变化而逐渐发生红移。含噻吩和硒酚的化合物（MesB）2DTTPS和（MesB）2DSTPS具有典型的聚集荧光增强（AEE）特征,而化合物（MesB）2DFTPS在聚集态时荧光略微降低。通过理论计算解释了不同光物理性质的原因。利用这些新的红光噻咯分子作为发光层制备了非掺杂OLED器件,其中化合物（MesB）2DTTPS的器件性能最优越,其电致发光波长为589 nm,并且最大亮度、电流、功率和外量子效率分别为13300 cd m-2、4.3 cd A-1、2.9 lm W-1和1.8%。在第四章工作中,将米基硼直接与噻咯环相连,设计合成了三种2,5-双（二米基硼）-3,4-二苯基噻咯衍生物,由于硼原子空的p轨道和噻咯环能够形成电子的离域,其吸收和发射与硅原子相连的噻咯相比都要红移。空间拥挤的分子结构降低了分子构型的改变速率,这导致室温下小分子出现宽的NMR氢谱。单晶结构证实分子内存在大量的C-H···π相互作用,论证了分子内构型变化与分子AIE特性的相关性。电化学的实验结果表明这些含硼的噻咯分子具有低LUMO能级,具备作为电子传输层应用于OLED器件中的潜力。在第五章工作中,我们设计合成了由氧化噻吩并[3,2-b]噻吩为核和不同的苯基转子组成的一系列新型螺旋桨状分子。这些分子在溶液中显示出微弱的荧光,但在固体膜下具有强烈的荧光发射,体现出AIE现象。晶体结构、理论计算和光物理数据表明氧化后的噻吩并[3,2-b]噻吩及其螺旋桨状的结构,这两者的协同作用大大提高了固体薄膜下的发光效率。理论计算和电化学实验表明,氧化后噻吩化合物的LUMO能级要低于未氧化的分子,具有更好的电子亲和性,能够作为电子受体来构筑D-A结构的发光分子。该工作不仅提出一种通过氧化噻吩来制备稳定的发光材料的方法,而且还提供了一种构建新AIE分子的平台,具有结构多样性、固态发光效率高、强电子亲和力等优点。在第六章工作中,基于氧化噻吩并噻吩（TTDO）体系,引入电子给体来构筑D-A的新型偶极发光分子。对基于新的TTDO-发光分子的晶体结构、光物理性质、热稳定性、电子分布和电化学性能进行了测试。这些发光材料具有明显的AIE特性,高的固态荧光量子产率,并且其发射波长随着给体取代基的不同能够实现从绿光到红光的调控。优异的固态发光效率,较低的LUMO能级、高的热稳定性使这些分子能够作为发光材料用于制备成非掺杂OLED器件。器件具有从橙光到红光的发光性能（568-610 nm）,最大外量子效率为2.79%。这些结果表明这些基于TTDO基元的新AIE分子具有在OLED应用的潜质。在第七章工作中,我们利用了一种对环境极性敏感的AIE染料TPA-BTTDO制备成具有良好生物兼容性的纳米粒子,通过监测荧光信号的变化,实现了对脂滴形成、运动及代谢的示踪。该探针具有明显的AIE性能,且其发光性能对环境敏感。细胞成像实验显示TPA-BTTDO能够与细胞内溶酶体及脂滴结合,但会更倾向于进入脂滴,在极性较低的脂滴中发蓝光,而在溶酶体中为红色荧光,这表现出环境敏感的双发射行为。通过对TPA-BTTDO荧光信号的动态监测,发现该纳米粒子最开始通过细胞内吞作用先进入溶酶体,4小时后从溶酶体逃逸进入脂滴,最后从脂滴再次回到溶酶体。该体系对脂滴的形成、示踪,及对于脂滴功能的研究,甚至对某些疾病的诊断有着重要的意义。更多还原显示全部
