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超支化共轭聚合物的合成及上转换荧光性质
超支化共轭聚合物的合成及上转换荧光性质
摘要：超支化共轭聚合物是一类结构独特的高分子材料，其由多个分支链与共轭主干相连而形成。由于其分子结构的特殊性质，可表现出显著的上转换荧光性质，是当前发展中的一种重要光学功能材料。本文将介绍超支化共轭聚合物的合成及上转换荧光性质，并探讨其在生物分子检测等领域的应用前景。
关键词：超支化共轭聚合物、合成、上转换、荧光性质、应用前景
1.引言
超支化共轭聚合物（hyperbranchedconjugatedpolymer）是一种高分子化合物，其由主链和分支链组成，分支链与主干相连而形成结构复杂的三维分子体系。与传统线性共轭聚合物不同，在其分子结构中，羰基、磷酸根等具有较高的枝化度与链交叉能力的官能团得到了广泛应用。超支化共轭聚合物具有良好的溶解性、可塑性以及高效的能量传输和荧光性质，因此被广泛应用于生物分子检测、有机太阳能电池、光电器件等领域。
上转换是超支化共轭聚合物具有的一种重要的光学性质，其指的是材料通过外界光场的激发后，产生高能量激子，在外界光场的作用下，该激子可以从低能级到高能级跃迁（即上转换），并发射出比激发光子的能量高的光子。由于这种荧光光谱在波长上比激发光子的波长要短，因此被称为上转换荧光。
2.合成方法
超支化共轭聚合物的合成方法目前主要有两种：自由基聚合法和金属催化法。
自由基聚合法是指通过丙烯酸二羧酐等化合物引发自由基聚合反应，将六氟苯或苯并咪唑等单体加入反应体系，制备得到超支化共轭聚合物。该方法较为简单，产率较高，但反应过程中需要进行繁琐的处理，产物结构复杂，分子量大小不稳定。
金属催化法是指通过铜离子或钯离子等金属离子催化有机硅单体和有机锡单体等反应生成芳香烃单体，再将生成的芳香烃单体聚合，最终得到具有超支化结构的共轭聚合物。金属催化法制备的反应条件温和，结构组成稳定，分子组成和分子量均可控制。
3.上转换荧光性质
超支化共轭聚合物通过光激发可产生激子，激子的性质包括激子的受激发激发能量E0、激子的荧光强度I、荧光寿命τ、量子效率η等参数，这些参数的变化与激发光波长、溶液浓度、分子的形态、温度等因素有关。
超支化共轭聚合物的上转换荧光性质取决于其分子结构，包括芳香环的数量、构象的稳定性、分子中的官能团等。实验表明，不同的交联结构和共轭结构对于超支化共轭聚合物的上转换荧光性质具有显著的影响。与线性共轭聚合物相比，超支化共轭聚合物具有更低的互补性，光激发和电子传输速度更快，同时周围溶质的阻隔作用也更弱。这些因素的差异使得超支化共轭聚合物具有更优异的光学性质。
4.应用前景
超支化共轭聚合物具有较强的应用前景，主要表现在以下几个领域：
1）生物分子检测：超支化共轭聚合物具有良好的荧光性质和生物相容性，可作为荧光探针来检测血液中蛋白质、DNA等生物分子。
2）有机太阳能电池：超支化共轭聚合物具有高效的光致发光性能和电子传输性能，可作为有机太阳能电池的活性层。
3）光电器件：超支化共轭聚合物对生鲜波长光源有良好的响应能力，可应用于激光、光电探测器、电致发光器件等领域。
综上所述，超支化共轭聚合物作为一种具有良好应用前景的光学功能材料，其合成方法和上转换荧光性质对其应用具有重要的影响，以期提高其在生物分子检测等领域的应用价值。