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有机荧光材料具有出色的光电性能和生物相容性等优点，在发光器件、太阳能电池、生物医学成像、传感器等领域有着广泛的应用。此外，有机荧光材料还具备结构可设计、易修饰等特点，可以根据应用的具体需求设计合成出各种结构新颖，性能优异的分子结构。诸多优势使得人们对有机荧光材料的设计合成、理论机理、实际应用的研究越来越丰富。在有机荧光材料性能的评价指标中，发光波长、量子效率、荧光寿命是三个重要的评价参数。近年，一种基于电子给体/受体(D/A)激基复合物的热激活延迟荧光(TADF)材料在有机电致发光领域蓬勃发展。这种荧光材料通过有效的反向系间窜越(RISC)过程将非辐射三重态转换为辐射单重态使得量子效率最大化，并且获得了长寿命的延迟荧光。同时通过简单的D/A组合就可以实现不同的发光波长，避免了单分子复杂的设计合成步骤。这些优点使激基复合物材料成为一种明星材料。
在有机荧光材料中，有一类可以被近红外飞秒激光激发，在可见光波段发射的荧光材料，也就是双光子激发荧光(TPEF)材料。由于双光子吸收(TPA)具有三维空间选择性以及强穿透能力，所以TPEF材料在生命科学以及医学领域具有广阔的应用空间。随着应用需求的不断更新和材料合成技术的不断进步，许多具有优异TPEF性能的材料被设计和合成出来，并在实际应用中表现出巨大的价值。通过大量的实验合成，人们也探索出了许多结构-性能之间的关系规律，使得TPEF材料的结构越来越复杂，性能越来越卓越。但是以π共轭为骨架、以强推电子/拉电子为发生色团的复杂结构在具备出色的TPA性能的同时，往往由于扭转的分子内电荷转移态(TICT)等非辐射或低辐射激发态的形成而导致能量快速损耗，这极大的降低了TPEF材料的发光效率。因此开发新的TPEF材料设计策略成为迫在眉睫的研究任务。
通过分析组成激基复合物的给体、受体分子结构，我们发现这些结构与TPA材料极为相似，而且组成激基复合物后体系中的RISC过程可以实现有效的能量收集。围绕将TPA过程和能量收集过程在同一个材料体系中实现的目的，本论文研究开展了以下四个方面的创新性工作:
一、选择m-MTDATA/3TPYMB激基复合物作为研究体系，用脉冲激光器(脉冲频率:80MHz，脉宽100fs)作为近红外激发光源，滴落涂布法制备的非晶薄膜样品被成功激发发出了较强的上转换荧光。相比于给体m-MTDATA样品，激基复合物m-MTDATA/3TPYMB的荧光明显增强。通过进一步的单光子以及双光子激发光谱研究表明，激基复合物发射的增强上转换荧光结合了一系列激发态过程，包括给体m-MTDATA的双光子吸收(TPA)过程和D/A激基复合物的TADF过程。激基复合物TADF材料中存在的能量收集机制极大地促进了上转换荧光。研究结果解释了在D/A共混物中给体部分被双光子激发后激基复合物激发态的形成机理，从而揭示了激基复合物材料在非线性光学应用中的潜力。此外，我们计算出在双光子激发激基复合物形成过程中最大D/A距离约6.9nm。
二、选择TAPC/3TPYMB激基复合物作为研究体系，用脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽72fs)作为近红外激发光源，滴落涂布法制备的非晶薄膜样品被成功激发发出了较强的上转换荧光。与纯给体TAPC和纯受体3TPYMB薄膜样品相比，激基复合物TAPC/3TPYMB薄膜样品，在上转换荧光中分别表现出～129％和～365％的增强。通过一系列的光谱研究结果解释了给体部分和受体部分同时被双光子激发后TAPC/3TPYMB激基复合物的形成机理，以及RISC过程对激发荧光的增强作用。此外，我们发现了一种与激基复合物(激发态)分子间电荷转移相关的双光子吸收增强效应。
三、选择TAPC/3TPYMB作为蓝光激基复合物主体材料，TTPA和DCM分别作为绿光和橙光客体掺杂材料，组成主体-客体掺杂体系。用脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽25fs)作为近红外激发光源。通过滴落涂布法制备的非晶薄膜样品进行光谱研究。研究结果表明，将荧光发射剂掺入D/A激基复合物后，测得的光致发光量子产率(PLQY)高达～98.65％，并且观察到极大增强的上转换荧光。我们的研究结果揭示了在D/A激基复合物主体-客体掺杂体系中快速的F(o)rster共振能量转移(FRET)过程实现了双光子激发后激发态能量的收集，极大的增强了双光子激发荧光。
四、选择m-MTDATA/3TPYMB作为激基复合物研究体系，利用两亲性三嵌段聚合物PEG-b-PPG-b-PEG作为包覆物，我们成功制备了水溶性的激基复合物纳米颗粒。该纳米颗粒的水溶液呈现出透明均一的状态，并显示出与m-MTDATA/3TPYMB薄膜相同的发射和吸收性质。在脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽25fs)的激发下，水溶性纳米颗粒成功发出了双光子激发荧光。这种水溶性纳米颗粒将会在生物成像领域发挥巨大作用。
在有机荧光材料中，有一类可以被近红外飞秒激光激发，在可见光波段发射的荧光材料，也就是双光子激发荧光(TPEF)材料。由于双光子吸收(TPA)具有三维空间选择性以及强穿透能力，所以TPEF材料在生命科学以及医学领域具有广阔的应用空间。随着应用需求的不断更新和材料合成技术的不断进步，许多具有优异TPEF性能的材料被设计和合成出来，并在实际应用中表现出巨大的价值。通过大量的实验合成，人们也探索出了许多结构-性能之间的关系规律，使得TPEF材料的结构越来越复杂，性能越来越卓越。但是以π共轭为骨架、以强推电子/拉电子为发生色团的复杂结构在具备出色的TPA性能的同时，往往由于扭转的分子内电荷转移态(TICT)等非辐射或低辐射激发态的形成而导致能量快速损耗，这极大的降低了TPEF材料的发光效率。因此开发新的TPEF材料设计策略成为迫在眉睫的研究任务。
通过分析组成激基复合物的给体、受体分子结构，我们发现这些结构与TPA材料极为相似，而且组成激基复合物后体系中的RISC过程可以实现有效的能量收集。围绕将TPA过程和能量收集过程在同一个材料体系中实现的目的，本论文研究开展了以下四个方面的创新性工作:
一、选择m-MTDATA/3TPYMB激基复合物作为研究体系，用脉冲激光器(脉冲频率:80MHz，脉宽100fs)作为近红外激发光源，滴落涂布法制备的非晶薄膜样品被成功激发发出了较强的上转换荧光。相比于给体m-MTDATA样品，激基复合物m-MTDATA/3TPYMB的荧光明显增强。通过进一步的单光子以及双光子激发光谱研究表明，激基复合物发射的增强上转换荧光结合了一系列激发态过程，包括给体m-MTDATA的双光子吸收(TPA)过程和D/A激基复合物的TADF过程。激基复合物TADF材料中存在的能量收集机制极大地促进了上转换荧光。研究结果解释了在D/A共混物中给体部分被双光子激发后激基复合物激发态的形成机理，从而揭示了激基复合物材料在非线性光学应用中的潜力。此外，我们计算出在双光子激发激基复合物形成过程中最大D/A距离约6.9nm。
二、选择TAPC/3TPYMB激基复合物作为研究体系，用脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽72fs)作为近红外激发光源，滴落涂布法制备的非晶薄膜样品被成功激发发出了较强的上转换荧光。与纯给体TAPC和纯受体3TPYMB薄膜样品相比，激基复合物TAPC/3TPYMB薄膜样品，在上转换荧光中分别表现出～129％和～365％的增强。通过一系列的光谱研究结果解释了给体部分和受体部分同时被双光子激发后TAPC/3TPYMB激基复合物的形成机理，以及RISC过程对激发荧光的增强作用。此外，我们发现了一种与激基复合物(激发态)分子间电荷转移相关的双光子吸收增强效应。
三、选择TAPC/3TPYMB作为蓝光激基复合物主体材料，TTPA和DCM分别作为绿光和橙光客体掺杂材料，组成主体-客体掺杂体系。用脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽25fs)作为近红外激发光源。通过滴落涂布法制备的非晶薄膜样品进行光谱研究。研究结果表明，将荧光发射剂掺入D/A激基复合物后，测得的光致发光量子产率(PLQY)高达～98.65％，并且观察到极大增强的上转换荧光。我们的研究结果揭示了在D/A激基复合物主体-客体掺杂体系中快速的F(o)rster共振能量转移(FRET)过程实现了双光子激发后激发态能量的收集，极大的增强了双光子激发荧光。
四、选择m-MTDATA/3TPYMB作为激基复合物研究体系，利用两亲性三嵌段聚合物PEG-b-PPG-b-PEG作为包覆物，我们成功制备了水溶性的激基复合物纳米颗粒。该纳米颗粒的水溶液呈现出透明均一的状态，并显示出与m-MTDATA/3TPYMB薄膜相同的发射和吸收性质。在脉冲激光器(脉冲频率:1000Hz，脉宽25fs)的激发下，水溶性纳米颗粒成功发出了双光子激发荧光。这种水溶性纳米颗粒将会在生物成像领域发挥巨大作用。