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光响应性材料因其广泛的应用前景成为近年来国际上最受关注的研究领域之一。其中有机光响应材料具有价格低廉、分子结构性能可控等优点，成为光响应材料体系不可或缺的组成部分。本论文从有机光响应材料的一些基本问题出发，从材料功能设计的角度开展了以下工作：
1.针对螺噁嗪类光致变色化合物开环体热稳定性差的缺点，设计合成了一种新型具有良好开环体热稳定性的螺噁嗪分子。通过在螺噁嗪分子母体环上引入二茂铁基团，从而使螺噁嗪开环体的热稳定性大大提高。光致异构化反应的研究结果表明，该分子具有良好的光致变色性能并且其光致变色反应前后分子荧光发射具有明显的差别。基于这种性能，采用共焦荧光显微镜演示了其固体薄膜的二维光信息存储，并利用双光子技术进行了三维体相高密度光信息存储。同时，还研究了存储图案在读出过程中的稳定性，以及材料在多次“写入-擦除”过程中的耐疲劳性。这一研究结果为用于光信息存储的新型功能分子的设计提供了新的思路。
2.针对聚丁二炔独特的光学性能以及其在光学器件和非线性光学中的重要应用，详细研究了其光响应性的机理，并基于光照前后吸收与荧光光谱的变化，在其固态薄膜上构筑了二维光学图案，演示了该化合物在一次写入多次读出(WORM)光存储中的潜在应用。对光响应机理的研究结果表明侧链构型的变化以及羧基的氢键相互作用在这一过程中起着重要的作用，即在这一转变中，侧链烷基向着更为有序的状态转变，但是由于这种转变被以氢键相互连接的羧基端基所限制，从而给聚合物主链施加了一定的应力，这种应力最终导致π电子共轭长度的减小。
3.从发展多响应材料的角度，设计合成了一种具有光和热双重响应性的聚合物，并对其响应性机理进行了阐述。在该聚合物中，偶氮苯为光响应单元，通过其与N，N-二甲基甲酰胺的亲水作用力和疏水用力的平衡，使聚合物具有最低临界转变温度(LCST)，表现出热响应的性能；同时，由于偶氮苯在光照前后反式异构体和顺式异构体极性的不同，又可以通过其光致异构化反应来调控聚合物的LCST。因此，聚合物表现出热和光双重响应的特性。通过将其修饰在固体表面，得到了一种浸润性随温度和光照条件可控的响应性表面。在聚合物的LCST转变前后，固体表面的接触角变化大约30°。在紫外光的照射下，聚合物中的偶氮苯单元发生光致异构化反应，从极性较小的反式构型转变为极性较大的顺式构型，这一变化使得聚合物的LCST增加约4℃。这种智能型的表面在微流体以及分离领域有潜在的应用价值。
4.研究了一种螺噁嗪分子的光致/酸致双重响应性质，并探讨了其酸致变色机理。该螺噁嗪分子的闭环体在酸的作用下，可以生成酸络合物SP·H+。SP·H+的光致变色性能与螺噁嗪类似，在紫外光照下，可以生成开环体与酸的络合物PMC.H+。由于SP-H+的吸收处于螺噁嗪闭环和开环反应光照波长之外，因此，在光信息存储中，可以先用酸处理螺噁嗪存储介质，以SP·H+作为数据的“0”状态，再在此基础上进行数据的写入，以PMC·H+作为数据的"1"状态，读出时检测630 nm吸收，则可以实现存储数据的无损读出。该工作为光学信息存储中的无损读出提供了新的思路。