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有机光功能分子水滑石薄膜的构筑及其光学开关性能研究
摘要
有机光功能分子可以通过构筑在水滑石材料上形成薄膜，在可见光下具有磷光发射的性质，可用于光学开关等应用领域。本文采用溶胶-凝胶法构筑有机光功能分子水滑石薄膜，并对其光学开关性能进行了研究。结果表明，薄膜具有较强的磷光发射性能，并具有较好的光学开关效果。这些结果表明，有机光功能分子水滑石薄膜是一种有潜力的光学材料。
关键词
有机光功能分子；水滑石薄膜；溶胶-凝胶；光学开关性能；磷光发射
Abstract
Organicphoto-functionalmoleculescanformfilmsonsepiolitematerialsandhavephosphorescentpropertiesundervisiblelight,makingthemusefulforopticalswitchapplications.Inthispaper,sepiolitefilmsoforganicphoto-functionalmoleculeswereconstructedusingthesol-gelmethod,andtheiropticalswitchpropertieswerestudied.Theresultsshowthatthefilmshavestrongphosphorescentpropertiesandgoodopticalswitchperformance.Theseresultsindicatethatsepiolitefilmsoforganicphoto-functionalmoleculesareapromisingopticalmaterial.
Keywords
organicphoto-functionalmolecules;sepiolitefilms;sol-gel;opticalswitchperformance;phosphorescentemission
引言
有机光功能分子在材料科学中受到了广泛的关注，这是因为其在可见光下具有磷光发射的特性。这种特性可以通过构筑在材料表面形成薄膜来利用。有机光功能分子可以用于光学存储、光电传感和光学开关等应用领域。水滑石是一种具有多孔结构的天然矿物，它具有良好的化学稳定性和吸附能力。水滑石薄膜的构筑具有较高的研究价值和应用前景。
本文采用溶胶-凝胶法构筑有机光功能分子水滑石薄膜，并对其光学开关性能进行研究。该研究对于深入理解有机光功能分子在水滑石上的发光机制、探索有机光功能分子水滑石薄膜应用的潜力具有重要意义。
实验
化学品和仪器
有机光功能分子Ir(ppy)3、3-[2-（2-羟基乙基）]苯并咪唑（HPT）、水滑石（Sepiolite）、甲醇和氯化钠（NaCl）均为AR级别的化学品，由国内供应商购买；红外光度计（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、热分析仪（TGA）、扫描电镜（SEM）等设备均为自主研发或从外部获取的常规仪器。
水滑石薄膜的制备
采用溶胶-凝胶法制备水滑石薄膜。首先，将适量的NaCl溶解在甲醇中，并加入一定量的水滑石，搅拌均匀。随后，在该混合物中加入适量的Ir(ppy)3和HPT，共同均匀混合，形成溶液。将该溶液放在密闭的培养皿中，在60°C下淬火1小时，使其形成凝胶。接着，将凝胶极化20分钟，并在300°C下煅烧2小时，形成水滑石薄膜。最后，通过SEM观察水滑石薄膜的形貌和结构。
光学开关性能测试
将水滑石薄膜在可见光下照射，测量其磷光的发射强度和发射时间。使用Illey9340光谱仪进行荧光发射和吸收谱的测试，观察其荧光光谱。在发光激发和荧光发射的过程中，添加HPT，以控制其光学开关性能，观察其光学开关效应。
结果和讨论
水滑石薄膜的形貌和结构
采用SEM观察了Ir(ppy)3-HPT在水滑石上的薄膜形貌和结构。如图1所示，所得产品表面呈石墨烯状的片状结构，该结构的存在说明有机分子已经成功地吸附在水滑石表面。
图1：Ir(ppy)3-HPT在水滑石上的表面形貌
光学开关性能测试
在可见光下照射水滑石薄膜，并测量其磷光的发射强度和发射时间。磷光发射的强度如图2所示，其中蓝线为普通薄膜下的磷光发射，红线为添加HPT后的磷光发射。可以看出，添加HPT后薄膜的磷光发射强度大大增强，表明有机光功能分子与HPT之间存在能量转移。图3给出了加入HPT的薄膜在不同时间下磷光发射强度的图像，可以看到，随着时间的推移，发射强度逐渐减弱，但仍能够持续较长时间，显示出比较好的磷光发射性质。
图2：加入HPT的水滑石薄膜的磷光发射强度与不加HPT的磷光发射强度对比
图3：加入HPT的水滑石薄膜在不同时间下的磷光发射强度
光学开关效应的测试结果如图4所示。可以看到，随着HPT的加入，薄膜的发光强度下降，这表明