力致变色材料,顾名思义是指光学行为(如吸收、反射、荧光、磷光等)在外界力刺激作用下能够发生可逆改变的一类功能材料。因其在力传感、记忆芯片和防伪墨水等领域有着重要的应用前景,力致变色材料在近年来受到越来越多的关注。但是由于力致变色材料的发展相对较晚,到目前为止,力致变色材料的种类仍然有限,且其实际应用也只停留在一些概念产品的展示上,远不能满足实际应用的要求。因此,发展新型力致变色材料和拓展实际应用范围是目前力致变色材料领域的研究重点。从不同的作用机制出发,本论文设计合成了基于分子内构象改变、分子内弱共价键异裂和分子间质子转移的三类新型力致变色材料,同时开发了它们在防伪﹑无墨书写和压力传感方面的应用。在第二章中,通过对分子几何构象的分析,我们发现四苯基乙烯(TPE)化合物的力惰性是来自于其高度对称的几何构象。因此,我们提出单臂延长降低四苯基乙烯高度对称性的方法去构筑新型力致荧光变色材料。基于这个方法,我们成功发展了一类新的全色可调(~450 nm到~740 nm)的力致荧光变色材料。这些材料具有较高的固态荧光量子效率(Φf>10%)和力致荧光变色对比度(最大荧光发射峰位移动在50 nm到100 nm之间)。更重要的是,我们发现了一个新的激发波长依赖的荧光发射现象,并提出把该现象作为一个新的、更加全面的关于荧光材料力响应性能的评价标准。最后,由于四苯基乙烯及其衍生物能够通过改变激发光来实现多重的荧光发射,它们被用在双通道的荧光防伪中。在第三章中,我们首次观察到了苯并[1,3]噁嗪分子开关OX-1即使在禁锢的晶体环境中也存在一个动态的开关互变异构平衡(常压下大约有8%的开环异构体)。有趣的是,该动态的开关互变异构平衡能够定量的被各向同性的静水压进行调控。当压力从常压升高到10 GPa时,OX-1开环异构体的比例能够从常压下的8%提高到大约83%,同时伴随着OX-1晶体连续并且大范围的吸收光谱变化(从~430 nm到~700 nm),这几乎覆盖了整个可见光区。对于小分子晶体而言,如此大范围的﹑连续的吸收光谱调节是首次被报道。通过详细的研究,我们认为OX-1在晶体中具有压力可调的开关互变异构平衡是来自于它两种异构体之间相对较小的互变异构能垒和两种异构体本身具有的不同压缩性;大范围光谱变化主要来自于其互变异构平衡的移动。最后,由于OX-1在压力条件下具有一系列肉眼可辨的颜色变化,它在可视化压力传感方面有着重要的应用前景。在第四章中,我们设计合成了一类新型的扭曲共轭酸碱两性分子,该类分子具有动态的分子间质子转移行为,不过它们在常温常压下发生质子转移的比例很少,一般在千分之一的数量级。然而,当受到外部力作用时,它们的分子间质子转移过程能够被显著加速;在各向异性力(即机械研磨)和各向同性力(即静水压)作用下,分子间质子转移比例分别提高到10%左右和60%以上。由于扭曲共轭酸碱两性分子在质子转移前后具有明显的颜色变化,因此它们是一类理想的力致变色材料,在无墨书写和力传感方面有着广泛的应用前景。总之,基于不同的作用机制,我们设计合成了三类新型的力致变色材料,在丰富力致变色材料种类的同时也对新型力致变色材料的设计合成提供了一些参考。