离子型有机分子一阶超极化率的溶剂效应与动态表面张力的研究

作     者：高延红 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王传奎

授予年度：2004年

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：一阶超极化率 溶剂效应 表面活性剂 动态表面张力 CPDB BTAB 

摘      要：本论文的研究内容包括了两部分，第一部分是离子型有机分子ANS的一阶超极化率的溶剂效应研究。第二部分是动态表面张力的研究。 一．近几十年来，由于非线性光学材料在现代激光技术、光学通讯、数据存储和光信息处理等器件中的广泛应用及其诱人的应用前景，引起了科学家们对新型非线性光学材料研究的浓厚兴趣，其中，如何研制高效的非线性光学材料成为一项重要课题。由于有机非线性光学材料具有宽的响应波段，良好的柔韧性，高的光损伤阀值和较低成本，以及易于合成，可以进行裁减和修饰等特点而备受重视。 有机分子的微观超极化率对具有宏观非线性光学磁化系数的有机分子材料的统计能给出重要信息。中性分子的超极化率通常由EFISH技术测定。与中性分子比较，阴离子染料分子因其基态电性而具有较大的超极化率。而且，有机离子晶体在密度改变及分子堆积取向方面均有优势，因此从有机极性化合物中寻求高性能非线性光学材料有重要意义。由于EFISH技术在直流电场中降低溶液的对称性，所以该技术难于用于离子化合物。在溶液中，HRS技术可用于测定离子性分子的超极化率，因其不需减小溶液的对称性。 当分子溶解在溶剂中时，溶质分子将使溶剂发生极化现象，被极化的溶剂反过来又会产生一个反应场作用于溶质分子，从而影响溶质分子的几何结构和光学特性。因此，为了解释实验结果，必须考虑溶剂的影响，这就需要人们发展新的理论模型来计算溶剂效应。 离子型有机分子1．苯氨基萘-8-磺酸铵(1-anilinonaphthalene-8-sulfonic acid ammonium：ANS)由于具有较强的非线性光学响应而受到理论工作者和实验工作者的广泛关注。本文以ANS分子作为研究对象，对该分子的非线性光学性质进行了研究。首先采用极化连续模型优化了ANS分子在每种溶剂中的几何结构， 硕士学位论文 中文摘要 然后研究了不同溶剂对ANS分子的几何结构的影响，并讨论了ANS分子的一阶 非线性超极化率与溶剂极性之间的关系.研究发现溶剂对ANS分子的几何结构 影响很小，一阶非线性超极化率与溶剂极性之间的关系并不是单调的。 二.长期以来，人们对表面活性剂体系的研究主要集中于对其平衡性质的 研究。由于动态表面张力(DST或y(t)))可以调控许多工业和生命进程，因而 无论从理论还是实际的角度而言，DsT也是表面活性剂体系的重要性质。本文用 最大泡压法测定了澳代十六烷基毗吮(CPDB)和节基三甲基澳化钱(BTAB)水溶 液的动态表面张力，研究了两种表面活性剂在气液界面的吸附动力学。 实验结果表明，当CPDB浓度为1 .0 x10闷mol/L时，吸附机制为扩散控制 模式，CPDB的扩散系数D计算为2.09 x 10一10扩/s，CPDB分子在此浓度下的吸 附势垒为O。当CPDB浓度为***闷.0x10闷mol/L时，吸附机制为扩散一 势垒混合控制模式，可由扩展的从七r企--’ fordai方程加以描述，及、民也可计算得 到。 温度、无机盐及醇类等对CPDB的动态表面张力也有显著影响。温度升高， 动态表面张力下降速率加快。不同的无机盐加入表面活性剂溶液中后，使动态表 面张力显著降低。CPDB水溶液中添加醇类时，丁醇或戊醇优先吸附于气液界面， 然后发生醇的吸附。醇与CPDB形成混合吸附层，故醇与CPDB共存时，在某一时 刻的动态表面张力低于同一时刻CPDB单独存在时，且在相同CPDB浓度下的动态 表面张力值。加入甲醇不产生上述现象。 BTAB在气液界面的吸附平衡也进行了研究。测得其CMC和最大吸附量分 别为***/L和3.11X10沼mol/m2。 动态表面张力测定结果表明，当BTAB浓度为***/L时，吸附机制为扩散 控制模式，BTAB的扩散系数D计算为7.79 x10一ls扩/s，此时BTAB分子的吸附 势垒为0。在另外两个测定浓度下(0.3、0.5 mol/L)，吸附机制则为扩散一势 垒混合控制模式。 温度、无机盐及醇类等对BTAB动态表面张力的影响也进行了研究。温度升 高，动态表面张力下降速率加快，温度是降低动态表面张力的有效手段。不同的 无机盐加入表面活性剂溶液中后，有助于动态表面张力降低。BTAB水溶液中添加 醇类时，甲醇使动态表面张力下降速率加快;丁醇或戊醇优先吸附于气液界面， 硕学位论文 中文摘要 会阻碍醇的吸附，因而醉的存在不利于BTAB动态表面张力的降低。 本文还对CPDB与BTAB水溶液的吸附动力学及其影响因素进行了比较。 关键词:一阶超极化率:溶剂效应;表面活性剂;动态表面张力;CPDB;BTAB 分类号:0437