光化学基本原理与光子学材料科学PDF电子书下载

第一章 光化学基本原理 1

1.1 分子轨道 1

1.1.1 n轨道 2

1.1.2 π轨道和π？轨道 2

1.1.3 σ轨道和σ？轨道 2

1.2 电子激发态 3

1.2.1 激发态的电子组态 3

1.2.2 激发态的多重态 3

1.2.3 激发态的能量 4

1.3 激发态的产生 5

1.3.1 Lambert-Beer定律 5

1.3.2 Stark-Einstein定律 5

1.3.3 吸收光谱 5

1.3.4 选择定则 5

1.4 激发态的衰减 6

1.4.1 Kasha规则 6

1.4.3 无辐射跃迁 7

1.4.4 能量传递 7

1.4.2 辐射跃迁 7

1.4.6 化学反应 8

1.4.7 Jablonski图解 8

1.4.5 电子转移 8

1.5 光化学发展的趋势 9

第二章 激发态的辐射跃迁与非辐射跃迁 10

2.1 吸收和辐射的关系 10

前言 11

2.2 荧光 12

2.2.1 荧光产生的条件 12

2.2.2 影响荧光的主要因素 13

2.2.3 荧光强度、量子产率、速率常数和荧光寿命 14

2.2.4 荧光光谱和斯托克位移 15

2.2.5 高级激发态发射的荧光 16

2.3 磷光 16

2.3.1 磷光的产生及磷光速率常数 16

2.3.2 磷光量子产率 16

2.3.3 磷光光谱 17

2.3.4 室温下液态溶液中的磷光 17

2.4 延迟荧光 18

2.4.1 E型延迟荧光 18

2.5 激基缔合物和激基复合物 19

2.4.2 P型延迟荧光 19

2.6 无辐射跃迁理论 20

2.7 内转换 21

2.7.1 内转换速率常数 22

2.7.2 内转换量子产率 23

2.8 系间窜越 23

2.9 单分子过程的光物理动力学 27

第三章 激发态能量转移 29

3.1 概述 29

3.2.2 无辐射能量转移 30

3.2.1 辐射能量转移 30

3.2 能量转移的基本理论 30

3.3 能量转移的典型实例 43

3.3.1 F？rster机理的实例 43

3.3.2 交换机理的实例 44

3.3.3 通过键的超交换机理的实例 45

3.3.4 激子转移的实例 45

3.4 能量转移的研究方法 46

3.4.1 能量转移的实验研究方法 46

3.4.2 能量转移的理论研究方法 49

4.1 概述 58

第四章 光致电子转移 58

4.2 相关的概念和理论 59

4.2.1 激发态失活的途径 59

4.2.2 电子转移中的自由能变化(ΔG) 60

4.2.3 Weller理论与Msrcus理论的比较 61

4.2.4 势能面 62

4.2.5 与电子转移有关的速率数据 62

4.2.6 Franck-Condon原理 62

4.3.1 闪光光解检测 63

4.3 研究方法和实验范例 63

4.2.8 激基复合物和激基缔合物 63

4.2.7 逆电子转移 63

4.3.2 电子自旋共振(ESR)和自旋捕获方法 64

4.3.3 化学诱导动态核极化(CIDNP)方法 64

4.3.4 其他实验方法 64

4.3.5 光致电子转移反应的一些实际考虑 64

4.3.6 给体(D)与受体(A)之间的距离 65

4.3.7 光致电子转移与其他过程之间的竞争 65

4.3.8 环境效应 65

5.2.2 光诱导电子转移 68

5.2 双组分体系中的能量转移和电子转移 68

5.2.1 电子能量转移 68

第五章 激发态能量转移与转移的竞争 68

5.1 概述 68

5.2.3 电荷转移发光 69

5.2.4 电荷复合化学发光 70

5.3 能量转移理论 70

5.3.1 经典的能量转移理论 70

5.3.2 经相遇复合物的能量转移 71

5.4 电子转移过程 71

5.5 能量转移与电子转移的一般动力学处理 71

5.6.1 相遇复合物有相同多重度的转移 72

5.6 能量向多个激发态转移 72

5.6.2 相遇复合物有不同多重度的转移 73

5.7 能量转移与电子转移的竞争 73

5.8 能量转移与电子转移竞争的实例 74

第六章 分子激发态反应动力学和超快过程研究 77

6.1 纳秒量级的激发态反应动力学 77

6.1.1 光激发过程 77

6.1.2 辐射和非辐射速率 77

6.1.3 双分子过程 79

6.1.4 激基缔合物和激发复合物体系 81

6.1.5 Stern-Volmer方程式 82

6.2 飞秒量级的超快动力学 83

6.2.1 飞秒荧光亏蚀谱的实验方法 84

6.2.2 飞秒时间分辨荧光亏蚀谱的理论描述方法 87

6.2.3 液相染料分子的超快振动弛豫 89

6.2.4 酞菁和卟啉分子超快内转换 93

第七章 光反应中间体及高级激发态的光化学 103

7.1 分步双激光技术与一般光化学方法 103

7.2 分步双激光技术的简介 104

7.3 激发态反应中间体的荧光光谱研究 105

7.3.1 自由基的荧光光谱 106

7.3.2 双自由基的荧光光谱 109

7.3.3 卡宾的发射光谱 110

7.4 激发态中间体的瞬态吸收 111

7.5 激发态中间体的单分子反应 115

7.5.1 单分子光裂解反应 115

7.5.2 分子内光裂解重排反应 116

7.5.3 单光子光电离 118

7.6 激发态反应中间体的分子间反应 119

7.6.1 氧与激发态自由基之间的反应 120

7.6.2 激发态自由基同烯烃的反应 120

7.6.3 激发态自由基同电子受体之间的反应 121

7.6.4 激发态自由基同电子给体之间的反应 122

7.6.5 卡宾的分子间反应 123

7.7 高级激发态研究 124

7.7.1 强制NorrishⅠ型反应 124

7.7.2 高级激发态的键断裂 126

7.7.3 高级激发态的光电离 126

7.7.4 高级激发态的光异构化反应 127

7.7.5 高级激发三重态的能量转移 128

7.8 发展前景与高技术 128

8.1 碳-碳双键之间的光环合加成反应 131

第八章 分步光环合加成和反应中间体的捕获 131

8.1.1 芳烃中碳-碳不饱和键的光环合加成反应 133

8.1.2 α，β-烯铜的光环合加成反应 135

8.2 羰基和硫羰基参与的光环合加成反应 137

8.3 含碳氮双键化合物的光环合加成反应 141

第九章 双键的异构化反应 157

9.1 碳-碳双键的异构化反应 157

9.1.1 一般理论分析 157

9.1.2 基态顺-反热异构化反应 158

9.1.3 光异构化或激发态异构化反应 159

9.2.2 氨基偶氮苯类型 171

9.2 氮-氮双键的异构化 171

9.2.1 偶氮苯类化合物 171

9.2.3 假1，2二苯乙烯类型 172

9.2.4 偶氮苯的光异构化机理 172

9.3 碳-氮双键的异构化 175

9.3.1 含一个双键的异构化 175

9.3.2 碳-氮双键的单向光异构化 177

9.3.3 含两个碳-氮双键化合物的异构化 177

9.4 甲嵌衍生物的异构化反应 178

10.2 光子学微结构的种类与发展现状 181

10.1 概述 181

第十章 光子学微结构 181

10.3 光子学微结构研究的新课题 185

10.3.1 周期极化非线性光学晶体与变频激光器 185

10.3.2 非线性光子晶体与光控光器件 185

10.3.3 红外半导体非线性光学晶体与中红外可调谐激光器研究 185

10.3.4 光折变晶体的缺陷态控制工程方法与动态相位栅光子器件 185

10.3.5 可集成微腔微结构与微腔激光器阵列 185

10.3.6 光敏光纤的折射率工程化与全光纤集成光子器件 185

10.3.7 激光脉冲感应瞬态折射率突变新效应、新材料与新器件 185

10.3.8 有机聚合物与玻璃态介质的全光极化与非线性光子器件 185

10.4 结束语 186

10.3.9 多功能集成光子器件 186

第十一章 有机光致变色材料 187

11.1 概述 187

11.1.1 光致变色定义 187

11.1.2 光致变色研究的发展历史 189

11.1.3 主要的有机光致变色体系简介 190

11.2 俘精酸酐家族化合物 193

11.2.1 引言 193

11.2.2 芳香环取代俘精酸酐 196

11.2.3 杂环取代俘精酸酐 199

11.2.4 俘精酸酐衍生物 204

11.2.5 俘精酸酐的分子结构与光致变色性能之间的关系 208

11.2.6 杂环俘精酸酐在聚合物中的光致变色 211

11.2.7 光致变色机理 211

11.3 二芳基乙烯类光致变色体系 214

11.3.1 二芳杂环基乙烯的结构及合成方法 214

11.3.2 二芳基乙烯类化合物的光致变色性能 217

11.3.3 二芳基乙烯类化合物的光致变色反应机理 220

11.4.1 萘并吡喃 221

11.4 吡喃类化合物 221

11.4.2 芳杂环并吡喃 223

11.5 螺吡喃和螺噁嗪 226

11.5.1 螺吡喃 226

11.5.2 螺噁嗪 228

11.6 光致变色化合物的酸致变色 235

11.6.1 螺噁嗪与盐酸形成的变色产物的吸收光谱 236

11.6.2 酸致变色产物的光致变色 237

11.6.3 螺噁嗪的酸致变色、光致变色与热致变色 237

11.7.1 晶体结构与光致变色和热致变色的关系 238

11.7 光致变色希夫碱 238

11.7.2 双希夫碱类化合物 240

11.7.3 希夫碱的光致变色反应机理 240

11.7.4 光致变色产物和热致变色产物的结构 242

11.8 光致变色材料的应用 243

11.8.1 光信息存储与光致变色材料 243

11.8.2 生物分子活性的光调控 244

11.8.3 光致变色超分子 245

11.8.4 露光计 245

11.8.10 防伪和鉴伪 246

11.8.9 伪装材料 246

11.8.8 印刷板和印刷电路 246

11.8.7 防护与装饰材料 246

11.8.6 光计算 246

11.8.5 自显影感光胶片和全息摄影材料 246

第十二章 有机非线性光学材料和器件 260

12.1 有机非线性光学材料的分子设计、分子非线性可极化率与频率因子和分子跃迁频率的关系 260

12.1.1 引言 260

12.1.2 实验 260

12.1.3 结果和讨论 261

12.2 有机电光材料研究的近期进展和应用前景 267

12.2.1 引言 267

12.2.2 稳定性问题 268

12.2.3 光学损耗问题 270

12.2.4 电光系数的提高 271

12.2.5 结束语 271

12.3 含推拉型偶氮苯侧基的系列--聚酰亚胺二阶非线性光学材料的合成及表征 272

12.3.1 引言 272

12.3.2 实验 273

12.3.3 结果与讨论 274

12.4 具有非线性光学活性的偶氮类聚酯的合成及其表征 277

12.4.1 引言 277

12.4.2 实验 278

12.4.3 结果与讨论 280

12.5 三阶非线性光学材料，新型氧钒酞菁的光学克尔效应及其弛豫动力学分析 283

12.6 有机/聚合物电光调制器及其他光子学组件的应用和研制进展 286

12.6.1 聚合物电光调制器和它们在社区电视(CATV)等低带宽系统中的应用 286

12.6.2 高速网络用聚合物调制器 287

12.6.3 调制器是相控阵的主要组件，相控阵的全聚合物延迟线网络 288

12.6.4 计算机系统平行互连用聚合物调制器阵列 288

12.6.5 聚合物热光开关和超快全光开关 288

12.6.6 光学泵浦的以及电驱动的聚合物激光 289

12.6.7 光学互连聚合物技术 290

12.6.9 有机/聚合物材料热稳定性问题的简单评估 291

12.6.8 有机光子学器件制备技术的发展 291

第十三章 新型高分子光折变材料 296

13.1 概述 296

13.2 高分子光折变材料的必要组分及性能表征 298

13.2.1 高分子光折变材料的必要组分及相互间能级关系 298

13.2.2 高分子光折变材料的性能表征 299

13.2.3 外电场对高分子光折变材料的影响 301

13.3 高分子光折变材料 302

13.3.1 以非线性光学聚合物为基础的高分子光折变材料 302

13.3.2 以光导性聚合物为基础的高分子光折变材料 306

13.3.3 全功能型高分子光折变材料 310

13.4 高分子光折变材料中的取向增强作用 313

13.5 高分子光折变材料展望 314

第十四章 荧光探针和荧光化学敏感器 319

14.1 分子内共轭的电荷转移化合物的辐射衰变与非辐射衰变 320

14.2 分子内共轭的电荷转移化合物的环境效应和其作为探针应用的根据 323

14.3 分子信号系统与荧光化学敏感器的发展与应用 326

14.4 荧光化学敏感器中的信息传递机制 326

14.4.1 nπ？激发态发光体的应用 326

14.4.2 ππ？激发态发光体的应用 327

14.4.3 金属中心(MC)激发态 327

14.4.4 电荷转移(CT)激发态 328

14.5 激基缔合物与激发单体发光强度的转变 331

14.6 荧光化学敏感器分子内的接受体问题 332

14.7 羧酸和羧酸盐的络合 336

第十五章 有机/高分子电致发光材料与器件 342

15.1 概述 342

15.1.1 历史背景 342

15.1.2 快速发展 342

15.2 有机/高分子电致发光原理 344

15.2.1 载流子注入 344

15.2.2 载流子传输 345

15.3.1 有机电致发光材料 346

15.3 有机电致发光材料和传输材料 346

15.2.4 激子衰减与发光 346

15.2.3 载流子复合与激子形成 346

15.3.2 有机空穴传输材料 349

15.3.3 有机电子传输材料 350

15.4 高分子电致发光材料和传输材料 351

15.4.1 聚苯乙烯撑 351

15.4.2 聚噻吩 355

15.4.3 聚对苯撑和聚烷基芴 355

15.4.4 高分子空穴传输材料 357

15.4.5 高分子电子传输材料 357

15.5.1 单层结构器件 359

15.5 器件结构 359

15.5.2 多层结构器件 360

15.5.3 量子肼结构器件 361

15.5.4 微腔结构器件 361

15.6 器件性能 362

15.6.1 发光颜色 362

15.6.2 发光效率 362

15.6.3 稳定性和寿命 364

15.7.3 激发态和激发过程 365

15.7.2 电子结构和电子能态 365

15.7.1 材料分子工程 365

15.7 展望 365

15.7.4 相态和界面 366

15.7.5 老化和稳定性 366

第十六章 光子型信息存储原理和材料 371

16.1 光子存储原理和材料的物理化学特性 372

16.1.1 光子烧孔 372

16.1.2 电子俘获 372

16.1.3 光折变存储 373

16.1.4 光致变色存储 373

16.2.3 图像式 374

16.3 有机光致变色化合物用作光存储介质 374

16.2.4 全息式 374

16.2 光子存储的记录方式和特点 374

16.2.2 矢量式 374

16.2.1 斑点式 374

16.4 可擦重写光致变色光盘的研制 375

16.4.1 可擦重写光致变色光盘的工作原理 375

16.4.2 光致变色盘片的制备 375

16.5 体相三维光存储 377

16.5.1 双光子存储原理 378

16.5.2 三维空间内写入、读出信息 379

16.5.3 三维体相存储材料 381

16.6 光子存储的发展方向 384

第十七章 半导体和纳米材料 387

17.1 概述 387

17.2 过渡金属氧化物半导体光致变色材料 388

17.2.1 简介 388

17.2.2 MoO3,WO3的光致变色 389

17.3 过渡金属氧化物的电致变色 395

17.3.1 简介 395

17.2.3 小结 395

17.3.2 组成 396

17.3.3 机理研究 400

17.3.4 器件开发 403

17.3.5 其他 405

17.3.6 小结 406

17.4 二氧化钛薄膜及纳米颗粒--环境治污明星 406

17.4.1 简介 406

17.4.2 实际应用 408

17.5 半导体光诱导特性在绝缘体表面金属化的应用 410

17.6 展望 412