Einfluss der Glastemperatur auf die Ausbildung von Oberflächenreliefgittern in azobenzenhaltigen Polymethacrylaten

Pohle, Sven

Bei der holographischen Bestrahlung von azobenzenhaltigen Polymerfilmen mit polarisierten Laserstrahlen kommt es zur Ausbildung von Oberflächenreliefgittern (OFG). Der Effekt basiert auf einem massiven Massetransport von Polymerketten weit unterhalb der Glastemperatur des Materials. Die OFG-Ausbildung ist bis zum heutigen Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden; es existieren zwar verschiedene Modelle, jedoch kann keiner der in der Literatur diskutierten Mechanismen alle Beobachtungen und experimentellen Befunde hinreichend erklären. Der Einfluss der Polymerstruktur auf die Effizienz der OFG-Ausbildung kann durch die systematische Variation der molekularen Parameter untersucht werden. Da bisher keine gezielten Studien vorliegen, die ausschließlich die Glastemperatur mit der Effizienz der OFG-Ausbildung korrelieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit azobenzenhaltige Polymere hergestellt, die sich nur in ihrer Glastemperatur unterscheiden und in den weiteren strukturellen Parametern Molekulargewicht bzw. Polymerisationsgrad, Chromophorstruktur und -gehalt sowie Polymerarchitektur übereinstimmen. Der Syntheseansatz beinhaltet in einem ersten Schritt die Darstellung von Präpolymeren mittels der Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) und anschließend deren Umwandlung in die entsprechenden azobenzenhaltigen Derivate in einer polymeranalogen Veresterung. Das Ausmaß, mit dem die verschiedenen Substituenten in den Polymersystemen die Glastemperatur, das freie Volumen und damit die Beweglichkeit der Chromophore und deren Isomerisierung beeinflussen, wurde mittels der Kinetik der thermischen Rückisomerisierung UV/VIS-spektroskopisch untersucht. Diese Resultate wurden mit Untersuchungen zur photoinduzierten Chromophororientierung und Effizienz der OFG-Ausbildung in Beziehung gesetzt.

Irradiation of azobenzene-containing polymer films in a holographic setup produces an unexpected modification of the film surface, the so-called surface relief grating (SRG). The mechanism of this macroscopic effect which involves a massive transport of the polymer material well below the glass transition temperature is not yet clarified. Various models have been proposed to explain the formation of photo-induced SRGs, but none can explain all observations described in the literature. The influence of the polymer structure on the efficiency of SRG formation could be investigated by systematically varying the molecular parameters. Since up to now no studies exist correlating the glass transition temperature with the SRG efficiency, it was within the scope of this thesis to synthesize polymers with different glass transition temperature, while not varying the chromophore substitution, chromophore content, polymer architecture, and molecular weight or rather degree of polymerization. In a prepolymer approach, at first, well defined polymers were synthesized using Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) technique, and then subsequently the corresponding azobenzene-containing polymers were obtained via a polymer-analogous reaction. The kinetics of thermal isomerization were studied with UV/vis spectroscopy in order to get information about the influence of the different substituents at the polymer chains on the glass transition temperature, the free volume, and the mobility and isomerization behaviour of the chromophores. These results were correlated with investigations of photo-induced chromophore orientation and SRG efficiency.

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Pohle, Sven: Einfluss der Glastemperatur auf die Ausbildung von Oberflächenreliefgittern in azobenzenhaltigen Polymethacrylaten. 2009.

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