逻辑基元（共5篇）
逻辑基元 篇1
摘要：本文运用语料库语言学的研究方法, 分别以FLOB语料库和LCMC语料库来对比分析了英汉逻辑语义基元if和“如果”。利用Antconc3.2.0和SPSS13.0等工具, 从词频分布和语义韵进行对比分析, 结果发现if和“如果”在语义韵呈相关性, 从而反映出自然语义元语言理论可适用于英语和汉语。
关键词：自然语义元语言理论,语料库,逻辑基元,对比研究
一、 引言
自上世纪70年代初, Anna·Wierzbicka提出了自然语义元语言论, 试图通过语义基元来解释所有语言的基本语义, 可以简洁明了地解释了具有复杂语义的概念或词汇, 也可以解释语法结构, 还可以避免语义解释的循环性和模糊性, 具有普遍的语义解释力, 为语义方面的研究提供了新的理论基础, 新思路和新方法。
二、研究方法
1.研究假设:自然语义元语言理论中英语逻辑语义基元if和汉语逻辑语义基元“如果”之间存在对应关系的假设是否合理, 需要通过比较语料库, 经过搜索、统计、对比分析、筛选计算, 并对其计算结果进行讨论并加以验证。
2.实验设计:首先选择适用于本研究的对比语料库。然后, 将语料库中的所有包含英语逻辑语义基元if和汉语逻辑语义基元“如果”的案例 (包括其上下文) 搜索并进行归类。参照权威词典《牛津高阶英汉双语词典》和《现代汉语词典》等对if和“如果”分别进行解释和分析, 对归类的案例进行逐一地词性判断、语义对比、用法讨论和有效筛选, 最后对有效的案例进行频率统计和统计结果的讨论。本文选择了FLOB和LCMC语料库。原因是, 第一, FLOB语料库和LCMC语料库均为书面语料库, 而且二者都是机读形式, 有利于用机器统计分析数据。第二, 二者选取的语料年代相近, 文体相似, 取样模式和范畴是一致的。第三, 二者都是近100万词的语料库, 规模是一致的。
3.实验研究工具:使用Antconc3.2.0作为工具功收集if和“如果”的案例, 再通过SPSS 13.0软件对数据进行统计、分析和计算。
三、 研究结果
首先, 分别确定英语逻辑语义基元if和汉语逻辑语义基元“如果”的语义基元含义。参照《牛津高阶英汉双语词典》和《现代汉语词典》可知, 逻辑基元if的含义是表假设, “如果”的含义是如果, 假如。if和“如果”的词频分布的统计结果可见表1:
从表1可以看出逻辑语义基元if和“如果”的词频分布差异很大。这是因为汉语逻辑语义基元“如果”只有一个语义就是表示假设, 假如。而在英语中if有10中含义, 其中只有1种含义即是表示假设为逻辑语义基元含义。因此, 逻辑语义基元if和“如果”的词频分布很大的差异。
由于if和“如果”在语料库中数据过多, 因此本文分别从FLOB语料库和LCMC语料库中随机选取300个案例作为研究对象进行分析和研究。再将非逻辑基元含义的案例挑选出去。那么, if的案例有283个, 而“如果”则是300个。
语义韵是指通过积极或消极的词汇的共现和特定的词汇搭配来描述某些看似中性词汇, 从而确定该词汇的语义特点。总结if和“如果”的语义韵共有三种类型, 即积极语义韵, 消极语义韵和中性语义韵:
通过SPSS13.0来分别检验逻辑语义基元if和“如果”的三种不同语义韵的卡方检验结果, 其结果如表2:
从表2中可以看出, 当自由度为1时, 逻辑语义基元if和“如果”的积极语义韵, 消极语义韵和中性语义韵的卡方检验值分别为, 0.053, 0.141和0.206, 均小于标准值3.84。再者, 概率值分别为0.819, 0.707和0.650均大于标准值0.05。因此, 逻辑语义基元if和“如果”的三种不同语义韵均无显著性差异。
四、结论
研究表明, 在FLOB语料库和LCMC语料库中分别随机选取的300案例的对比分析中, if和“如果”在3种语义韵方面均呈相关性, 从而以英汉逻辑语义基元if和“如果”为例证明了自然语义元语言理论的普遍性语义解释力及在多种语言中都具有实用价值。
参考文献
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逻辑基元 篇2
关键词：图形渲染；OpenGL；CUDA；基元重启；Perlin
中图分类号：TP393文献标识码：A
1引言
图形渲染在核试验、DNA分子分布、天气预报等大规模科学计算任务中扮演着重要的角色[1，2]。在OpenGL中图形渲染是由CPU进行单独完成的，CPU从RAM中获得数据并且处理数据，然后写入RAM中[3]。这样做性能并不高，原因如下：①CPU的负载重而导致响应速度慢，影响渲染速度和质量；②图形渲染中使用了multiDraw（）方法，绘图开销过大。multiDraw（）用一条命令代替了多条glDraw*（）方法，但是使用这个方法，导致顶点数组扩大了1/2，大量的冗余数据传输到CPU中，造成极大的开销[4-7]。
本文提出了一种CUDA和OpenGL混合图形渲染的方法。CUDA（ComputeUnifiedDeviceArchitecture），是NVIDIA显卡厂商推出的通用并行计算架构，该架构使GPU能够解决复杂的计算问题[8-10]。在本文中，为了进一步提高数据传输效率，图形渲染中引入了基元重启，使用基元重启可以对几何图形进行组合，组合之后，需要处理的集合图形数据更少，系统运行速度更快。
2.1传统的OpenGL图形渲染
OpenGL中的顶点，颜色，法线和其它顶点属性数据都是由GLTools库管理的。每次调用glDrawArrays、glDrawElements等一些需要顶点数据的函数时，信息是从一个带有本地GPU的高性能系统中的应用程序内存中获取的，数据将从应用程序的内存中通过PCI-Express接口总线传递到GPU本地内存[11]，将会耗费大量时间，降低应用程序的运行速度。
如果将对象的所有顶点数据打包到单个缓冲区中，程序中必定包含循环，会产生很多OpenGL调用，每次调用都会有一定的系统开销。如果场景中存在大量对象，每个对象都有相关的三角形，那么对glDrawArrays的调用中的开销将会积累，从而对应用程序性能产生负面影响。
为了提高系统的处理效率，可以将大批非连接的三角形组合成三角形带，如图1所示。本来独立的三角型需要3个顶点才能进行表示，经过组合之后每个三角形所需的顶点数减少到1个（不包含三角形带中的第一个三角形）。这样需要处理的集合数据更少了，系统运行速度会更快。
但是问题是，一个三角形可以通过单次调用glDrawArrays或者glDrawElements进行渲染，一组三角形带的渲染就要单独对OpenGL进行多次调用，这意味着在一个使用条带化集合图形的程序中有更多的函数，这可能会抵消使用条带化所获得的性能提升。所以针对条带化处理应该有更好的方法来提高系统的性能，文中提出了基元重启算法。
2.2基元重启
基元重启是设定一个可以被OpenGL状态机识别的数据值，该数据值用于标识当前图形图元已经绘制完成。下一个数据项表示同样类型的另一个图形图元开始。基元重启应用在GL_TRIANGLE_TRIP、GL_TRIANGLE_FAN、GL_LINE_STRIP和GL_LINE_LOOP几何图形类型中。方法在一个条带（或者扇，环）结束和另一个开始时通知OpenGL。在几何图形中指示出一个条带结束，下一个条带的开始位置，实现时需要在元素数组中放置一个作为保留值的特殊标志。由于OpenGL是从元素数组中获取顶点索引（或者在内部生成它们），在glDrawArrays非索引绘制命令情况下，会检查这个特殊索引值，并且在遇到它时结束当前条带并在下一个顶点开始一个新的条带。在基元重启模式开启时，OpenGL会在遇到它时停止当前的条带并开始一个新的条带。
如图2所示，三角形带由9个顶点组成，在单个连接的三角形带中一共产生了8个三角形。通过开启基元重启模式并将基元重启索引设置为5，三角形带会在顶点4处结束，如图3所示。顶点5的实际位置将被忽略，下一个进行处理的顶点6将称为新的三角形带的起始位置。所以，在向OpenGL传递9个顶点的情况下，得到两个独立的三角形带，一个绘制3个三角形，另一个绘制2个三角形。这样一次数据传输的数据量就增加了。
基元重启的好处：
1）基元重启的标记值和绘图的数据可同时生成并存放于GPU上。
2）不同基元重启标记值可以指定不同数量的绘图元素，可通过给glDrawElements（）指定不同的绘图模式，绘制任意数量的线段、三角条带、三角扇面等图形，所以可以绘制不规则的网格或表面。
3）通过安排索引可以优化渲染性能，达到在纹理单元中最大限度重用数据高速缓存。
2.3基于基元重启的OpenGL和CUDA图形渲染的实现
采用Perlin噪声生成器创建虚拟地形的立体地图[12]，通过按键命令改变地形特征。框架分成4个独立的文件，分别如下：
1）kernelVBO.cpp，CUDA数据生成器；
2）simpleGLmain.cpp，定义OpenGL和GLUT的主体框架；
3）simpleVBO.cpp，是通用的OpenGL与CUDA设置以及内存管理；
4）callbackVBO.cpp，用于定义键盘，鼠标，显示的回调函数。
kernelVBO
kernelVBO的处理流程如下：
1）指定Perlin噪声计算中使用的头文件、变量和方法；
2）colorElevation（）方法根据地形各点的海拔返回像素的颜色，选用不同颜色可以为用户呈现一种观看地图的感觉；
3）错误检查函数；
4）k_perlin（）函数利用Perlin噪声生成地形图，将低于海平面的区域的高度设为0。调用cudaThreadSynchronize（），主机刷新OpenGL缓冲区需要等待Kernel执行完毕。
simpleGLmain
simpleGLmain用来在屏幕上打开一个窗口，并设置一些基本的视角变换参数。调用gluPerspective（），在三维空间中设置一个摄像机，从该摄像机的位置观察CUDA生成的数据。当数据或视角位置发生变化时，OpenGL会识别和刷新显示像素。
渲染需要进行如下3D变换：
[1]视角变换，场景中摄像机的安放与定点；
[2]模型变换，安排场景构成；
[3]投影变换，调整摄像机的变焦；
[4]可视区变换选择最终的尺寸。
OpenGL的视角、模型、投影、可视区变换，以及坐标系统的设定都要慎重。
simpleGLmain处理流程：
1）main函数初始化用于计算帧速率的定时器，然后调用用户自定义的方法初始化CUDAKernel，然后注册用户的回调函数，最后调用GLUT主循环；
2）计算帧速率，并将其显示在窗口的标题栏中；
3）GLUT和OpenGL初始化函数创建一个窗口，并在3D空间中指定一个视角位置。
simpleVBO
simpleVBO的算法如下：
1）定义创建和映射色彩信息PBO和顶点VBO的逻辑。
2）creatVBO（）调用glBufferData（），在GPU上分配图形缓存区。GL_DYNAMIC_DRAW标志位告知OpenGL该数据存储会被重复修改与使用。cudaGraphicsGLRegisterBuffer（）将缓冲对象注册为CUDA可访问数据。deleteVBO（）方法将OpenGL缓冲对象解除注册并释放对应的存储空间。
3）runCUDA（）完成所有色彩PBO的与顶点VBO的映射和检索指针。地址传给lauch_kernel（）方法，并被用户自定义的Kernel使用。Lanuch_kernel（）在返回之前会等待所有的Kernel执行完毕，因此该方法返回时可以安全交回OpenGL资源。
使用基元重启渲染三角形时，通过glPrimituveRestartIndexNV（）方法告知OpenGL状态机重启的标记值，然后在OpenGL客户状态机上启动基元重启功能。调用glDrawElement（）渲染数据。当渲染结束，在OpenGL状态机上关闭基元重启。
3实验结果及性能分析
实验平台为Intel2.3GHzCore2双核处理器，图形加速器为NVIDIA公司的GTX650，核心频率为1000MHz，显存频率为4500MHz，显存位宽为128b，显存为1024MB，操作系统为Linux，运行的是PerlinKernel生成虚拟地形图的示例。驱动程序的版本号是9.18.13.2057，总线采用PCIExpress3.0x16接口。应用程序在VS2010环境编译及执行，采用CUDA平台GPU设备编写kernel程序，程序使用扩展的C语言编写。
表1中的数据代表在最差情况帧速率方案中，程序混合使用CUDA和OpenGL所展示的能力和速度。实际的应用程序仅会重新计算渲染场景所必需的最小数据量，显然会获得更高的性能。帧速率包含了重新计算每个顶点3D坐标和颜色的时间，以及图像中每个像素颜色所需要的时间。
在ParallelNsight中查看程序执行时间，PerlinKernel只消耗了很短的（几乎可以忽略不计的）执行时间，执行的时间主要耗费在OpenGL的缓冲交换，需要多次进行缓冲数据交换。
在ParallelNsight中查看OpenGLAPI函数调用的情况，得到各种渲染方法的执行时间：基元重启，大约30μs，multidraw大约1900μs，逐一绘制各扇形：大约1000000μs。执行时间雷达图如下图5所示。因为基元重启减少了PCIe总线上的数据传输，避免了数据传输对性能的影响，因此使用基元重启比使用优化的OpenGL的multiDraw（）方法性能要高出1900/30=63倍。
4结语
本文研究了基于基元重启的OpenGL和CUDA图形渲染算法，在OpenGL和CUDA之间实现互操作的原理，OpenGL将内存映射入CUDA内存之后，利用CUDA进行并行处理。但是如果两者之间的数据需要频繁交换，一定程度上会降低执行效率。通过在传输数据上设置基元重启标志，一次传输的数据信息量大了，这样降低了数据的交换次数，提高了处理的速度。从实验结果上分析，采用OpenGL和CUDA混合编程改写Perlin噪声生成的人工地形程序比使用优化的OpenGLMultiDraw（）方法性能有了大幅度的提高。接下来需要解决的问题是OpenGL和CUDA混合编程实现网络摄像头的现场视频流处理。
参考文献
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微观粒子基元漫谈 篇3
1 原子及原子核结构的认识阶段 (1897一1937)
1.1 化学原子论的建立
1803年, 化学物理学家约翰·道尔顿将“原子”从一个抽象的哲学术语变为化学中的实在客体:“物体的终极原子乃气体状态时被热氛围绕着的质点或核心”, 他在关于原子假说的论文中揭示了化学元素以其原子质量为其最基本的特征这一核心问题, 并附录21种元素的原子量表。之后道尔顿正式宣告了化学原子论的诞生:元素的最终组分就是简单原子, 它们是既不能创造, 也不能毁灭, 而且是不可再分割的;它们在一切化学变化中保持其本性不变;同种元素的原子, 其形状、质量及各种性质都相同, 不同元素的原子的质量则不相同;不同元素的原子以简单数目的比例相结合, 就形成化学中的化合现象, 并将化合物的原子称为复杂原子, 还为简单原子和复杂原子组成的各种元素设计出第一套元素符号。
1874年英籍爱尔兰人斯通尼提出了电原子假说:就象物质是由原子组成的一样, 电也是由最小的电微粒组成的, 每个电微粒带有一个元电荷;斯通尼用电化当量值除以阿佛伽德罗常数, 从而估计出元电荷的值, 并将这种元电荷命名为电子。物理学家们在探索稀薄气体和真空的放电现象时发现了阴极射线, 汤姆逊在1881年提出这样的看法:“在真空管中的阴极射线是带负电的微粒子, 玻璃发光的原因, 是这种微粒子以极大的动能冲击管壁所致”。根据电场和磁场能使带电粒子的飞行方向发生偏转, 汤姆逊于1899年证实了阴极射线果然带负电, 并且测定了它的质量与电荷的比值;证实了这种阴极射线是所谓终极原子的组分之一电子。从而打破了原子不可分的观念, 使人类对物质结构的认识深入了一个层次。
1.2 原子核的结构
电子被发现以后, 人们自然想到了原子的结构问题。原子是电中性的, 而电子带负电荷, 原子中带正电荷的物质是什么东西, 正、负电荷在原子中又是怎样分布的呢?
1911年, 英国曼彻斯特大学的卢瑟福用带正电荷的α粒子轰击金属箔, 实验发现大多数α粒子穿过金属箔后仍保持原来的运动方向, 但有少数α粒子碰到了原子核被散射, 甚至被“反弹”回来, 发生了较大角度的偏转。在分析实验结果的基础上, 卢瑟福提出了原子核式结构模型:原子中含有又小又重、带正电的原子核, 电子象行星一样环绕着原子核。卢瑟福的原子核式结构模型说明, 原子由一个带正电荷的质量较大的原子核和质量几乎不计的带负电荷的电子共同构成。从原子到原子核, 人类的认识历经百余年。
为了解释原子核的质量数与电荷数不等的事实, 卢瑟福猜测在原子核中可能存在着与质子质量差不多的中性粒子。1932年, 他的学生查德威克通过实验发现了这种中性粒子, 并用人们早就知道的名称“中子”来命名;但是查德威克没能推测出中子在原子核结构中充当的角色。这个问题立即被德国和苏联的物理学家海森堡、伊凡宁科解决, 他们各自撰文提出原子核是由质子和中子组成的假说。认为中子应该是个基本粒子的物理学家, 最早的要数海特勒和赫兹伯格。他们在研究双原子分子的光谱时, 发现这种光谱与原子核中所含基本粒子数的
奇偶性紧密相关。若将中子视为质子和电子的复合物, 这种粒子数规则便与一些分子光谱相矛盾;若将中子也看成象质子和电子一样的基本粒子, 矛盾就不出现。直到这时, 中子才被视为原子核的组分成员之一。物理学家靠集体的智慧, 确认原子核的最终组分是质子和中子。
1.3 光子、中微子的发现
十八世纪中后期, 波动理论得到了快速发展, 大量实验证实了波动性的客观特性, 如托马斯·杨和菲涅尔关于光的干涉和衍射实验、赫兹关于电磁波的实验等等。这似乎标志着光的微粒说的彻底终结。然而, 麦克斯韦理论下光的电磁说并不能解释光的所有性质, 例如光电效应实验, 只有当光照频率超过某一阈值时反应才会发生, 而在阈值以下无论如何提高光强反应都不会发生。
1900年, 普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设, 物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的, 一份一份的, 每一份的能量为hν。由于物质发射或吸收电磁波的能量是量子化的, 这使得很多物理学家试图去寻找是怎样一种存在于物质中的约束, 限制了电磁波的能量只能为量子化的值。爱因斯坦并没有质疑麦克斯韦理论的正确性, 但他也指出如果普朗克的黑体辐射定律成立, 可以将麦克斯韦理论中的经典光波场的能量集中到一个个运动且互不影响的光量子上, 则电磁波的量子必须具有动量, 电磁辐射在本质上就是一份、一份不连续的而具有粒子性, 无论是在原子发射和吸收它们的时候, 还是在传播过程中都是这样。爱因斯坦开创性地提出电磁场的能量本身就是量子化的, 并用光量子假说成功对光电效应作出解释。爱因斯坦因此获得1921年的诺贝尔物理学奖。
1923年康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应, 进一步证实了光的粒子性, 它表明, 不仅在吸收、发射、而且在弹性碰撞时光也具有粒子性, 光是既有能量又有动量的粒子, 它是传递电磁相互作用的传播子。1926年康普顿在实验中成功观测到光子, 因此获得1927年的诺贝尔奖。
在量子世界中, 能量的吸收和发射是不连续的。奇怪的是, 物质在β衰变过程中释放出的β射线的能谱却是连续的, 而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分, 还有一部分能量失踪, 即能量会出现亏损。1931年春, 奥地利物理学家泡利提出了一个假说, 认为在β衰变过程中, 除了电子之外, 同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去, 带走了另一部分能量, 因此出现了能量亏损;未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值, 能量守恒仍然成立;只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。由于这种粒子与物质的相互作用极弱, 以至仪器很难探测得到。1933年, 意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论, 指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外, 还有第三种相互作用—弱相互作用。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。
泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受, 但终究还是蒙上了一层迷雾:谁也没有见到中微子。直到1956年, 这项试验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成。由于中微子反应几率很小, 实验中要求用大量的靶核, 莱因斯选用氢核作靶核, 使用了两个装有氯化镉溶液的容器, 夹在三个液体闪烁计数器中。这种闪烁液体是一种在射线下能发出荧光的液体, 每来一个射线就发出一次荧光。由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性, 在泡利提出中微子假说26年之后, 人们第一次捕捉到了中微子。
2 μ子和奇异粒子的发现阶段 (1937一1964)
2.1 μ子的发现
1934年, 汤川秀树为解释核子之间的强作用短程力, 根据与电磁力的类比, 提出了一个强作用力的新理论:强力是由质子和 (或) 中子之间交换一种具有质量 (电子质量的200~300倍) 的基本粒子──介子引起的。因为电磁作用力是由于带电粒子之间交换光子引起的, 由于光子没有质量, 所以电磁作用力正比于1/r2, 它是长程的。汤川假设, 强相互作用力是由于质子和中子之间交换一种基本粒子产生的。由于核力的短程性, 这个基本粒子必须有质量, 并且由此产生的力在小距离时正比于 (1/r2) exp[-r/ (捩/mc) ], 其中r为核粒子之间的距离, m是所交换的粒子的质量;由核力的力程可以估计, 这个交换的基本粒子的质量应当是电子质量的200-300倍, 介于电子与质子的质量之间, 故称为介子。
1936年Carl D.Anderson研究宇宙射线时, 发觉有一种粒子在穿过磁场时弯曲的形态与已知的粒子很不同:它的弯曲度比电子小, 却比质子大, Anderson推断这种粒子具有与电子相同的电荷, 而质量则在电子和质子之间。故他命名此等粒子为“Mesotron”, 即“中间的粒子”。之后不久, 质量在电子和质子质量之间的粒子陆续被发现, 并将这些粒子统称作“介子”, Mesotron改名为“μ介子”。可是μ介子与其他介子十分不同, 例如它衰变时会放出电子和一对正反中微子, 而不象其他介子般放出二者其一, 这显出μ介子并不是介子 (后改名称μ粒子或μ子) 。直到1937年确认在这些新发现粒子中包含有一种新粒子, 其质量是电子质量的207倍 (约105.6 Me V) , 这就是后来被称为μ子的粒子。
2.2 介子和奇异粒子的发现
1938年, N.J.凯默建立的关于核力SU⑵对称性理论有两个重要的结果, 一是除了带正负电的介子之外, 还应当有不带电的中性介子, 3种介子的质量应当相同;二是强相互作用的粒子可按同位旋分成一组组的多重态。从事宇宙射线探索的研究人员注意到, 要把μ介子和汤川秀树指明的介子等同起来仍然有些困难:首先μ介子的平均寿命太长了;其次, μ介子在物质中受阻止时, 它们与阻止物质的原子核发生的相互作用显得很平常, 虽然并不总是这样。1947年三位意大利物理学家通过实验研究这个现象有了一个重要的发现:正μ介子和负μ介子在物质中受阻止时的行为不一样。正μ介子的衰变或多或少象在真空中一样;而负μ介子如果被重核所阻止, 则被其俘获并产生蜕变, 但当它们被象碳这样的轻核所俘获时, 它们的衰变大部份就象在真空中一样。这不是汤川粒子所应具有的特性, 因为一旦介子距离原子核足够近时, 特定的核力就应当产生蜕变, 所以汤川粒子应当与轻的或重的原子核都发生剧烈的反应。实验证明μ介子不是汤川粒子。1947年, 鲍威尔等人在宇宙线中利用核乳胶的方法发现了真正具有强相互作用的汤川介子;其后在加速器上也证实了这种介子的存在。实验发现了质量约是电子质量的270倍, 带有正电荷或负电荷, 被称为π±介子;1950年发现了不带电的π0介子, 而μ子可以于宇宙中π介子衰变时产生。
1947年罗彻斯特 (G.D.Rochester) 和巴特勒 (C.C.Butler) 在宇宙射线中又发现了Λ0、Κ0、Κ+等一系列性质奇异的新粒子;1953年在加速器中又陆续发现了更多的奇异粒子。经过系统研究, 奇异粒子总是在强相互作用中很快地、至少两个一起同时产生, 而后分别通过弱相互作用各自独立地慢慢地衰变成为非奇异的粒子。1953年盖耳曼用奇异数表述这一特性, 并假定在强相互作用中奇异数守恒, 而在弱相互作用中奇异数可以不守恒, 这样就可以对奇异粒子的特性作出恰当的解释。
新发现的这些粒子中, 有质量比质子轻的 (如K土、K0) 有质量比质子重 (如Λ0、∑±、Ξ-) 奇异介子。这些奇异粒子都不稳定, 除h0、π0介子 (它的寿命是10-16s) 外, 它们的平均寿命都在10-6-10-10s之间。所以在地球上的通常条件下, 奇异粒子并不存在, 在当时的情况下, 只有借助从太空飞来的高能量宇宙射线才能产生。
正电子得到实验证实之后, 从1955年开始的几年内反质子、反中子和反超子等一一被发现, 并证实所有的粒子都有着它的反粒子, 其中第一个带电的反超子∑是由我国的王淦昌教授等在1959年发现的。
所有这些被发现的基本粒子, 加上引力场的量子—引力子, 按它们相互作用的性质, 分成引力子、光子、轻子和强子四类 (见表1) 其中引力子尚未在实验中发现, 但是人们普遍地相信其存在。
3 强子结构的夸克模型阶段 (1964-)
3.1 夸克假说的提出
20世纪30年代初, 人们普遍认为电子、质子、中子和光子这4种粒子是基本的, 即它们不是由更小的基元构成的。基本粒子的大量发现, 人们开始怀疑这些基本粒子的基本性。1949年费米和杨振宁最早提出核子有结构的费米———杨模型, 他们认为, π介子不是基本的, 基本的是核子 (质子和中子) , 而π介子只是由核子和反核子构成的结合态。随着基本粒子数目的增多, 物理学家们逐渐意识到, “基本粒子”尤其是重子和介子, 并不是理想的基本单元, 先后提出了关于基本粒子结构的多种模式。1956年坂田昌一扩充了费米———杨模型, 提出强子是由核子、Λ超子和它们的反粒子构成的SU (3) 模型。
强子并非基本粒子, 它们有内部结构。为了解释强子的这种令人迷惑的多样性, 1964年加州理工学院的盖尔曼 (M·Gell-Mann) 和当时在日内瓦欧洲粒子物理实验室工作的茨韦格 (G.Zweig) 各自独立地提出:强子是复合粒子, 每种强子都是少数基本组元的不同组合形式。盖尔曼将这种组元命名为夸克 (quark) , 它们一共有三种, 记为u (上夸克) , d (下夸克) , s (奇异夸克) , 它们都是自旋为捩/2的粒子, 其性质见表2;并且认为重子 (p、n还有Λ、Σ、Ξ、Ω等粒子) 和介子都是由夸克组成的。
根据已知粒子的一些固有属性来推测, 夸克必须具备一些奇怪的特性。其中最奇异的地方是它们的电荷是电子电荷的非整数倍。为了使重子具有正确的电荷数, 夸克必须携带1/3或2/3个电子电荷单位, 简单地说, 是带分数电荷。在强子中从未观察到分数电荷, 因为夸克组合成强子时, 其电荷之总和为整数。如p= (uud) , n= (udd) , Λo= (uds) , Σ+= (uus) , π十= (u d) , π= (ud) 的构成等等。
在夸克模型的发展中人们发现, 必须给每种夸克加上“红”、“绿”、“蓝”3种“颜色”标记 (或称色量子数) , 否则在构造某些强子时必违反量子力学中的泡利不相容原理。如, 由于Ω是处在s态的三个s夸克构成的, 则夸克必须有新的对称性, 才能保证这三个处在同一轨道状态和自旋状态的s夸克的统计性质。与这个新对称性相应的最子数, 叫做色量子数。在夸克模型建立之初, 只需要这3种夸克 (u、d、s) , 就足以构造当时所发现的所有强子。
3.2 第四种和第五种夸克
在最初的假设中, 夸克的种类只有u、d、s三种。70年代理论和实验上的深人研究表明, 应该存在6种夸克, 除了以前的3种外, 应该有粲夸克 (c) 、底夸克 (b) 和顶夸克 (t) 。1974年, 美国布鲁克海文实验室的丁肇中实验组和斯坦福实验室的里克特实验组各自独立地发现了一个新粒子J/Ψ粒子, J (或称作ψ) 粒子有着非常独特的性质, 显然不能认为由最初的这三个夸克及其反粒子构成, 而只能认为它是由一个新的夸克c及其反粒子构成。这个新的夸克又称粲夸克, 它具有一种新的量子数—粲量子数C, 它的电荷 (2/3) e。这第四个夸克及粲量子数的存在, 不久便由一系列新粒子ψ′、ψ″、D、F等的发现得到更多的证据。
1977年, 美国费米实验室的莱德曼实验组发现了另外一个独特的新粒子r, 它的性质只能以它是由一种新的夸克b及其反粒子b构成得到解释。这第五个夸克的存在, 近年由新粒子r′、r″等的发现得到更多的证据。现在称第五种夸克b为底夸克, 它的电荷是 (-1/3) e, 带有一种新的量子数—底量子数B。
3.3 轻子的新发现确信顶夸克的存在
与强子的数目急剧增加的情况相反, 自从1962年证实了中微子分成e和μ两种之后, 轻子数目一直就是四种。1975年, Perl等人在正负电子对撞中发现了一种新的轻子τ, 它带正电或带负电, 衰变成μ子或电子和两个看不见的中微子;它的质量很大, 达质子的两倍, 所以又叫重轻子。与τ对应, 普遍相信应有另一种中微子ντ存在, 但是尚未得到实验上的证实。
τ的发现使轻子增加到三代: (e, νe) , (μ, νμ) , (τ, ντ) , 研究构成不同代的轻子的原因是目前粒子物理研究的中心课题之一。一种尝试是把轻子和夸克放在同一层次上来考虑 (表3) , 并考虑它们是复合粒子, 是由更深一层次的粒子统一地构成的。也许是由于实验上的证据不足, 这种考虑目前尚缺乏可靠的基础, 但是, 至少因为我们对中微子ντ的存在不怀疑, 这种对称性强烈地意味着一个新的夸克———第6个夸克t的存在, 人们称它为顶夸克, 它应当带有 (2/3) e的电荷和一种新的量子数—顶量子数T。目前由第6个夸克构成的强子尚有待发现。
表中电荷以电子电荷的绝对值为单位;ντ和τ尚未发现
4 强子内部结构的实验证据
在六、七十年代, 虽然在能量更高、性能更好的加速器上没有直接探测到单个夸克, 但是物理学家们根据高能粒子的相互作用及转化情况, 来寻找夸克存在的证据, 从而间接地发现了夸克。1969年, 美国斯坦福直线加速器中心进行了考察质子和中子的内部情况的第一批实验。用接近光速的电子轰击氢靶中的质子, 从高能量电子和高能量中微子散射截面的分析中, 得到核子里存在有点状的、近似地自由的和质量不大的结构的结论。这些点状结构可以认为是夸克存在的证据。它们的电荷, 可以由正、负电子湮没为强子的总截面加以验证, 由正负电子湮没为强子的过程, 可以看成正负电子湮没转化成光子, 光子又转化成一对正反夸克, 然后再由这对正反夸克组合成终态的强子。实验数据证实质子内部的小硬点 (部分子) 带的电荷正好是夸克的分数电荷。1973年前后, 从西欧核子中心嘎嘎麦尔 (Gargamalle) 气泡室用高能中微子轰击质子的实验所获得的结果, 与上述电子实验的结果一致。根据这些证据, 再考虑到由于上夸克、下夸克和奇异夸克的两夸克态或三夸克态构成的粒子已在普通物质或宇宙线中多有发现, 所以这三种夸克的存在至此已毋庸置疑。
然而对于粲夸克、底夸克和顶夸克, 它们不会在普通物质里出现, 只能在高能物理实验中产生可能包含它们的束缚态粒子。J/Ψ粒子、r宇普西隆介子的发现, 证实了粲夸克、底夸克的存在。直到1994年4月, 费米实验室才宣布该实验室的CDF组观察到了顶夸克存在的实验证据, 出于审慎, 没有用“发现”一词。1995年3月, CDF组找到了更多的证据, 并且另一实验组DO组用不同的方法也找到了顶夸克的衰变事例, 于是宣布了顶夸克的发现这一重大成果。
5 物质结构的基元
从实验中证明了六种夸克的存在以后, 把轻子和夸克放在同一层次上, 并将它们看作物质结构的基元, 已成为科学界普遍接受的现代观念。粒子物理的研究结果表明, 构成物质世界的最基本的粒子有12种, 包括6种夸克 (上、下、奇、粲、底、顶, 每种夸克有三种色, 还有以上所述夸克的反夸克) , 3种带电轻子 (电子、μ子和τ子) 和3种中微子 (电子中微子, μ中微子和τ中微子) 而每一种中微子都有与其相对应的反物质。
目前, 粒子物理已经深入到比强子更深一层次的物质的性质的研究。更高能量加速器 (1Te V, 即1012e V的质子加速器及2×100Ge V的正负电子对撞机) 的建造, 无疑将为粒子物理实验研究提供更有力的手段, 有利于产生更多的新粒子, 以弄清夸克的种类和轻子的种类, 它们的性质, 以及它们的可能的内部结构。
参考文献
[1]丁肇中.寻找宇宙中最基本的结构[J].外交学院学报, 2003 (4) .
[2]李俭兵.基本粒子简介[J].重庆工学院学报, 2003, 17 (2) .
[3]郭奕玲, 沈慧君.物理学史[M].北京:北京清华大学出版社, 1991.
逻辑基元 篇4
关键词：伊犁地区,铜制器皿,起源,造型特征,基元模块
2016年8月21日到8月25日,笔者与考察团队友进行了为期五天的伊犁地区伊宁市历史街区的考察与调研,调研的主要地区有喀赞其民俗旅游街,阿依墩大街,前进路以及伊犁老街。这些历史街区多为维吾尔族聚居区,对铜制器皿的使用也相对较多。通过笔者走访调查发现,现伊宁市历史街区中的铜质器皿多为进口或工厂批量加工生产,伊宁市当地手工艺传承人较少。伊犁哈萨克自治州博物馆资料多为铜质器皿产生的起源和早期发展。
一、伊犁地区铜制器皿的起源与发展
世界上任何事物的出现,都有其形成的原因,同样,伊犁地区铜制器皿也不例外,自然环境和、历史、文化因素等对它的影响非常明显,随着历史的变迁和文化宗教的影响,它的造型、纹饰也在不断更迭,从而形成现如今的样子。
1、地理因素
伊犁地区自古以来就有非常丰富的金属矿产资源,铁、铜、锌、锡等金属矿产更是分布在伊犁的各个地区,因此在矿产开发史上占有非常重要的地位。
铜矿是伊犁地区较早开发利用的一个矿种,据考证,其历史可追溯到战国时期,尼勒克县境内的奴拉赛铜矿,是新伊犁地区发现最早的矿冶遗址,从工艺流程、冶炼温度、矿渣和钢坯等几个方面看,当时都已达到较高水平。
2、历史因素
自汉朝张骞出使西域以来,震烁古今的丝绸之路打通后,伊犁地区便成为连接东西方的纽带,对东西方的经济文化交流做出了巨大的贡献。由于伊犁地区得天独厚的地理位置,使得中原、印度、波斯、希腊、罗马等文化在此交流、碰撞,从而使新疆成为多元文化相互交融的特殊点。
3、文化因素
伊犁地区原住维吾尔族居民日常生活中喜欢用各种各样的铜制器皿,对同材质的选择与维吾尔族人的生活习俗与社会观念分不开,在很久以前,维吾尔族先民还是游牧民族,由于逐水草而居的习性,在日常生活中他们喜欢携带方便和经久耐用的材料,在金属材料中,金银价格高昂,铜材料变成了维吾尔族先民的首选,况且,铜材料的延展性、导热性好,使得铜制器皿易锻造、省燃料、水相较其他材料更易沸腾。
维吾尔族人喜铜材料也与其生活习性有关,他们认为,铜材料经锻造而成的器皿,更加牢固结实,经久耐用。更甚于,一些精致的铜制器皿还被他们视为传家宝。因此,精美的铜器不仅可以作为实用性的生活器具,而且可以作为装饰品。
维吾尔族人爱铜,也与他们的宗教信仰有关,在伊斯兰教义中,禁止使用金银等贵金属的器皿饮食,而铜作为相对于金银更加廉价的材料刚好符合了伊斯兰教中反对奢侈浪费的生活方式。伊斯兰教没有专门供祭祀的器具,但阿布杜壶与其拉哺奇却是宗教溶于生活的典型。维吾尔族人热情好客,招待客人用阿布杜壶和其拉哺奇是极其重要的礼仪,也是他们的家庭必备器具,冲洗的方式是穆斯林“小净”的传统方式,他们认为这样的洗手方式比直接在水盆里洗手更加干净卫生。这种潜移默化的行为加深了对神的敬仰。
综上所述,伊犁地区维吾尔族居民喜爱使用铜制器皿与当地的地理环境、历史因素以及生活因素的影响息息相关,铜制器皿作为他们日常生活的必备品,是多种因素相互影响的产物。
二、浅析伊犁地区铜制器皿造型特征的基元模块
伊犁地区铜制器皿的造型特征的基元模块也是研究的重点。基元指构成生物体的大分子上局部区域,这种局部区域又称之为模块,最初只应用于生物学领域的概念现在可延伸至大多数学术领域。本章节根据有限的文献及图片资料,主要从伊犁地区铜制器皿的造型特征和基元模块来进行分析归纳。
1、造型特征
伊犁地区铜制器皿主要包括洗具、餐具两大类,其中洗具以铜壶和铜盆为主,维语发音为阿不都,其拉布奇。阿不都壶为“净壶”,是新疆维吾尔族家庭必备的日常生活用具。它一般被陈设在家庭居室或大门内,不仅便于自家就餐前使用,同时待客时使用也是一种礼仪。维吾尔族认为只有流动的活水才是干净的水,不流动的死水是不洁之水,他们在洗手时通常用阿不都壶将清水倒在手上,洗过的水流入其拉布奇中。大多数其拉布奇表面装饰繁复,且顶端有盖,中间镂刻有一装有活页的孔洞小盘,待盆肚水满后,开盖将其倒出,这样便达到了洗手时始终接触的都是净水的目的。
餐具种类繁多,主要有烧水壶、茶壶、碗、盘等。烧水壶被维吾尔族人称之为乔贡,随着历史的变迁,少数民族铜器也在不断的变化,拿烧水壶来说,喀什博物馆馆藏的清代乔贡与上世纪三四十年代的乔贡造型就有极大的差异。无论何种餐具,都有头部、颈部、肩部、腹部、足部之分。
2、基元模块
伊犁地区铜制器皿的基元模块主要用植物纹饰、几何纹饰、书法纹饰来体现。铜制器皿的基元图案纹样形式感极强,每一个铜制器皿的表层画面都是一幅描述准确的素色图案,构图形式及图案纹样都让人忍不住赞叹维吾尔族人的智慧。
在维吾尔族人的日常装饰纹饰中,植物纹最为常见,这与他们的生存环境和宗教信仰有着密切联系。由于伊斯兰教教义的影响,反对偶像崇拜,植物纹变成了穆斯林的首选。有植物的地方就有水源、生命,它在黄沙戈壁中是生命的色彩,因此多用植物纹装饰。
几何纹样和文字纹样也是伊犁地区铜器装饰中的常见基元纹样。受伊斯兰艺术的影响,繁复与密不透风的装饰是维吾尔族艺术的主要装饰风格特征,这点也体现在维吾尔族铜器装饰中,基元纹样多取材于生活中植物花卉的抽象变形纹样,如巴旦木、石榴花、四瓣花等,在器物的转折处多以弦纹或几何纹进行分割,形成装饰区域,装饰区域内填充植物纹样,纹样一般多采用连续纹样,纹样的线条与装饰区域形成的块面的结合给人以和谐安详感。
三、结语
伊犁地区铜质器皿历史悠久,造型质朴而充满生活情趣,基元纹饰取材源于生活,又高于生活,有本地区自己独特的民族特色。越是民族的,越是世界的,民族文化理应受到国家和人民的关注与保护,但根据伊宁市的考察结果看,其传承状况令人担忧,笔者希望通过有限的能力,引起大家对铜质器皿基元文化的关注,以便达到更好传承与保护的目的。
参考文献
[1]《喀什维吾尔族铜器工艺形成因素的探析》作者:秦峰来源:装饰
逻辑基元 篇5
芘具有发蓝光、高的荧光量子效率(0.65,乙睛溶液)等优良的荧光性质和良好的热稳定性。但芘易形成π聚集或激基缔合物,导致发射光谱红移,同时降低了发光效率。发光效率的降低使大量的能量转化为热能,使器件温度上升,最终使OLED寿命降低,因此抑制芘的聚集是其在有机电致发光领域应用中的国际研究热点[3,4]。
2003年,Hiroshi Inoue等在芘上引入的四个苯基,有效地抑制了芘的聚集[5]。它在溶液中和固态都发出比较强的蓝色荧光,并将其作为发光层制备成器件,这是首次将芘衍生物应用于有机电致发光领域。Jarugu Narasirnha Moorthy等[6]在此基础上进行改进,合成三种化合物。其中一种在固态薄膜的荧光峰与溶液中的荧光峰相比红移了约31 nm。2004年,Sunning Wang小组[7]和Chun-Sing Lee小组[8]分别将具有四面体结构的三苯胺引入分子内合成了四种化合物,其中两种不仅能发蓝光还具有载流子传输性能,分别以这两个化合物制备了双层器件。Chien-Hong Cheng等[9] 苯环引入两个芘的中间,然后改变苯环上的取代基合成了三种化合物,并给出两种化合物的晶体结构。2009年,Sang Ook Kang等通过Buchwald-Hartwi偶联反应合成了一系列发光从蓝到红的化合物[10]等。此外,Shuit-Tong Lee
等[11]报道了含芴的芘的衍生物,详细的研究热稳定性和器件性能。我国的黄维课题组在这方面也做了很多的工作[12,13,14]也表现出了很好的性能。从材料合成来讲,为了避免芘的聚集,一般在芘的反应位点引入大的基团,通过空间立体位阻来避免共轭平面的直接堆积形成π聚集或激基缔合物。
本论文就是通过Suzuki耦合反应,来合成含有芘基元的化合物1-[4-(2,2-二苯乙烯基)苯基]芘(A3)和2,8-二(1-芘)-6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛(B3)。我们合成的化合物具有高效的位阻,能有效的防止π键堆积,有较好的荧光性能,其发光在蓝绿光区(430～465 nm)。我们通过核磁,质谱来确定其化学结构;通过紫外吸收光谱,电致荧光光谱等探讨他们的光学性质。
1 实验
1.1 试剂处理
四氢呋喃的除水处理:将700 mL左右的四氢呋喃置入1000 mL单口烧瓶中,再加入适量的钠并加入二苯甲酮,用电热套加热回流,待溶液颜色变蓝,蒸出即用。
1.2 合成路线和步骤
化合物A3,B3的合成都是通过Suzuki耦合反应来完成的,下面分别是其合成的路线图。
1.2.1 1-[4-(2,2-二苯乙烯基)苯基]芘和2,8-二(1-芘)-6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛的合成路线
1.2.2 4-溴苯基亚磷酸二甲酯(A1)的合成
将对溴苄基溴(10 g, 0.04 mol)和亚磷酸三甲酯(7.11 mL, 7.5 g, 0.06 mol)加入50 mL的圆底烧瓶中,在120 ℃下,搅拌,加热回流17 h后,停止反应。在105 ℃的条件下减压蒸馏出多余的亚磷酸三甲酯,得到无色油状的化合物A1(8.31 g),产率为75.1%。
1.2.3 三苯基乙烯(A2)的合成
在氮气的保护下,常温下,将化合物A1(5.0 g, 0.018 mol)和二苯甲酮(3.0 g, 0.016 mol)溶解在新制的四氢呋喃中(35 mL),加入50 mL的圆底烧瓶中。然后再多次少量的加入氢化钠(2.2 g, 0.09 mol)。最后打开加热,在60 ℃的条件下,反应回流27 h。停止反应,冷却至室温,多次少量加入甲醇,反应掉多余的NaH,直至溶液呈棕色透明。点板,吸附,过柱。用纯石油醚过柱得到化合物A2(5.1 g),产率为97.3%。1H NMR(CDCl3, 300 MHz, ppm)δ: 6.849(s, 1H), 6.880～6.885(d, J=1.5 Hz, 2H), 7.167～7.206(m, 4H), 7.225(s, 1H), 7.251～7.254(d, J=0.9 Hz, 2H), 7.257～7.354(m, 8H);13C NMR(CDCl3, 300 MHz, ppm)δ: 76.62, 77.04, 77.47, 120.58, 126.81,127.61, 127.67, 127.76, 128.28, 128.79, 130.28, 131.07, 131.11, 136.34, 139.95, 143.08, 143.45。
1.2.4 1-[4-(2,2-二苯乙烯基)苯基]芘(A3)的合成
氮气环境下,在100 mL的圆底加入1-芘硼酸(0.24 g, 1 mmol)和化合物A2(0.51 g, 1.5 mmol),新制的四氢呋喃(60 mL),然后加入2 M新配置的碳酸钠溶液(10 mL),最后加入适量的催化剂Pd(PPh3)4(约0.02 g)。在110 ℃条件下搅拌回流48 h,停止反应。点板,吸附,过柱。用5:1的石油醚/乙酸乙酯过柱得到不纯的化合物A3。将得到的不纯物加入和少量三氯甲烷加入50 mL圆底烧瓶中,升温到62 ℃,加热回流。同时多次少量的滴加三氯甲烷,直至刚好澄清透明。然后趁热抽滤,得到溶液自然结晶,得到带有蓝色荧光的晶态化合物A3(0.26 g),其产率为60.4%。1H NMR(CDCl3,300 MHz, ppm) δ: 7.099(s,1H), 7.200～7.241(m, 2H), 7.300～7.430(m,12H), 7.915～7.942(d, J=2.1 Hz,1H), 7.966～7.991(m, 2H), 8.066(s,2H), 8.132～8.189(m, 4H)。
2.2.5 2,8-二溴-6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛的合成
-15 ℃(冰盐浴)下,在250 mL三口圆底烧瓶中加入对溴苯胺(6.88 g,40 mmol)和多聚甲醛(2.39 g,80 mmol),搅拌,用恒压漏斗缓慢滴入80 mL三氟乙酸,变成枣红色溶液,滴加完毕后,撤掉冰盐浴,0 ℃下继续搅拌143 h。反应完毕后,减压蒸掉大部分的三氟乙酸,将残液转至烧杯中,边搅拌边加入50 mL水,再缓慢加入50 mL氨水。二氯甲烷萃取,水洗,无水硫酸镁干燥,柱层析分离产物,洗脱液为石油醚/乙酸乙酯(5:1),得浅黄色固体5.3 g(产率:69.7 %)。1H NMR(CDCl3, 400 MHz, ppm)δ: 4.10(d, J=16.8 Hz, 2H), 4.27(s, 2H), 4.65(d, J=16.8 Hz, 2H), 7.01～7.06(m, 4H), 7.26～7.30(m, 2H)。
1.2.6 2,8-(6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛)双硼酸的合成
在100 mL三口瓶中加入化合物B1(1.88 g,5 mmol),20 mL 新处理的四氢呋喃,氩气保护下冷却至-78 ℃,用注射器缓慢注入4.8 mL(12 mmol)2.5 Mn-BuLi的正己烷溶液,保持此温度继续搅拌反应30 min,再快速注入硼酸三异丙酯(3.0 mL,14 mmol),关掉制冷,缓慢升至室温,加入20 mL水终止反应。二氯甲烷萃取,水层用6 M盐酸酸化,出现大量白色沉淀,抽虑,水洗,干燥得白色固体1.51 g(产率:97.5%)。此产物无需进一步提纯,直接用于下一步反应。
1.2.7 2,8-二(1-芘)-6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛的合成
氮气环境下,在100 mL圆底烧瓶中加入化合物B2(1.0 g, 3 mmol)和1-溴化芘(0.96 g, 3.5mmol), 新制的四氢呋喃(60 mL),然后加入2 M的碳酸钠溶液(10 mL), 在110 ℃条件下搅拌回流48 h,停止反应。点板,吸附,过柱。用5:1的石油醚/乙酸乙酯过柱得到无色产物B3(1.44 g),其产率为72.6%。1H NMR(CDCl3, 300 MHz, ppm)δ: 4.423～4.549(t, J=16.8 Hz, 4H), 4.922～4.977(d, J=16.5 Hz, 2H), 5.295(s, 2H), 7.255～7.281(d, J=7.8 Hz, 2H), 7.367～7.394(d, J=8.1 Hz, 2H), 7.489～7.515(d, J=7.8 Hz, 4H), 7.936～8.085(m, 10H), 8.151～8.246(m, 8H);13C NMR(CDCl3, 300 MHz, ppm) δ: 124.65, 124.81, 124.94, 125.02, 125.10, 125.28, 125.60, 126.01, 127.00, 127.08, 127.39, 127.41, 127.46, 127.61, 128.00, 128.45, 129.01, 129.81, 130.51, 131.00, 131.51。
2 实验结果和讨论
化合物A3,B3都是通过Suzuki耦合反应来合成的。我们对化合物A3,B3进行了氢谱分析,对B3进行了碳谱分析。此外我们最关注的是他们的光学性质。化合物A3,B3在固态粉末下和溶液中均显示出强的蓝色荧光。为了研究溶剂化作用及分子不同聚集状态对化合物A3,B3的影响,我们测试了两个化合物在不同极性溶剂(极性由小到达有正己烷(n-hexane), 苯(C6H6),二氯甲烷(CH2Cl2),四氢呋喃(THF), 乙醇(C2H5OH),N,N-二甲基甲酰胺(DMF) 乙氰(MeCN)七种溶剂)的稀溶液(其浓度均为10-5M)和薄膜状态下的紫外吸收光谱和荧光光致的光谱,见图3～图8和表1～表2。
2.11-[4-(2,2-二苯乙烯基)苯基]芘的光学性质
化合物A3在溶液和无定形的薄膜中的最大吸收峰峰位在340～360 nm之间,见图3。A3的吸收光谱没有显示出明显的溶剂化效应,随着溶剂极性的改变,变化不明显,这是因为溶质分子A3极性小,与溶剂分子之间的偶极-偶极相互作用比较弱,固溶剂极性的变化没有引起溶质分子能级的明显变化所致。
与此同时我们将化合物A3的无定形薄膜的吸收峰与溶剂二氯甲烷中的作了比较,可以看出他们的最大吸收峰峰位分别出现在355 nm和354 nm,基本不变。这说明化合物A3无定形薄膜状态下,分子的排列方式能够有效的抑制π键的堆积,使聚集晶态下的分子间相互作用力较弱,从而与溶剂环境下的吸收峰峰位大致相近,见图4。从图3,图4中,我们还能明显的看出,无定形薄膜的吸收强度与液体环境下相比,明显的偏低,出现这种现象的原因,由于知识的有限,还不能做出明确的解释,这可以作为一个研究的方向。
化合物A3在溶液中的光致发光峰峰位位于425～450 nm,属于蓝光区。在不同极性的溶剂中,其峰位基本相同。在无定形薄膜下,其峰位位于458 nm处,出现了较小的红移,这说明在无定形薄膜状态下,晶粉末中的分子排列比溶液状态下的排列紧密,但其程度不大,出现了微弱的激基复合物所致。
2.22,8-二(1-芘)-6,12-二氢-5,11-甲基二苯[b,f][1,5]二氮芳辛的光学性质
化合物B3在溶液中的的最大吸收峰峰位在340～360 nm 之间,对应于电子的π-π跃迁,见图6。化合物B3的吸收光谱也没有明显的溶剂化效应,这同样是由于溶质分子B3迹象极性小,与溶剂分子间的偶极-偶极相互作用比较弱,故溶剂极性的变化没有引起溶质分子能级的明显变化所致。
化合物B3的电致发光光谱图,见图8。随着溶剂极性的增加,出现明显的红移现象。这是由于溴芘的取代基有较强的腿电子作用,使得化合物B3分子具有了一定的极性,与溶剂分子之间存在偶极-偶极相互作用,故溶剂极性的变化引起了溶质分子能级的明显变化所致。我们可采取“扭曲的分子内电荷转移模型(twisted intramolecuiar chargetransfer, 简写TICT)”来解释这种现象[15]。根据TICT模型,分子吸收光子后从弱极性的基态跃迁到中等极性的荧光发射态,随后进一步发生从给体到受体的分子内电荷转移并伴随着分子平面的扭曲,形成极性更大的弱荧光发射态(TICT态)。溶剂对溶质分子偶极-偶极溶剂化作用使溶质分子的能量降低。分子极性越大,收溶剂极性的影响越大。随着溶剂极性的增加,分子基态能级变化很小,但积分态的能级明显降低,所以基态与激发态之间的能级差降低,荧光发射峰红移。同时我们能够看到,随着溶剂极性的增加吸收峰逐渐宽化,且在极性较大的N,N-二甲基甲酰胺和乙氰中,峰谱宽度大于无定形薄膜状态下的峰谱宽度。无定形薄膜的发光峰峰位461 nm,与溶液相比发光峰峰位相比也有明显的红移,这同样是由于在无定形薄膜状态下较多晶粉末的分子排列更为紧密,从而导致了其分子间的作用力增强,产生激基复合物所致。
3 结 论