Esculpindo Superfícies de Polímeros com Luz

POLÍMEROS FOTÔNICOS

Esculpindo Superfícies de Polímeros com Luz

Em 1995, dois grupos de pesquisa, um deles liderado pelos Profs. Sukant Tripathy e Jayant Kumar, na Universidade de Massachusetts em Lowell, EUA, e o outro pela Profa. Almeria Natansohn, no Canadá, relataram a possibilidade de alterar significativamente a superfície de polímeros contendo cromóforos de azobenzeno, criando grades de relevo tridimensionais. Esta propriedade, característica dos azopolímeros, vem sendo estudada no Brasil pelos Grupos de Polímeros Bernhard Gross e de Óptica do IFSC.

A inscrição de grades tem sido feita em materiais contendo grupos azobenzênicos. A figura mostra uma grade típica, obtida a partir da incidência de um padrão de interferência de dois feixes de laser sobre um filme automontado de poli(alilamina hidroclorada), PAH e o azocorante amarelo brilhante (brilliant yellow, BY) (veja box). A modulação é resultado de um processo equivalente ao esculpir da superfície do polímero, gerando transporte de massa em dimensões micrométricas (note que a grade da figura tem um período de modulação de 2 mm). A amplitude da modulação pode atingir 1 mm ou mais, para filmes com espessura de alguns micra. Tal transporte é surpreendente porque a inscrição da grade é feita à temperatura ambiente, para polímeros com temperatura de transição vítrea (Tg) de 100 a 190°C. Não se deveria, portanto, esperar mobilidade das cadeias ¾ principalmente considerando que as baixas intensidades de laser utilizadas (menores que 100 mW/cm²) não causam aquecimento do filme. A formação de grades, nessas condições, é um processo inteiramente fotônico, que pode ser explicado por um modelo segundo o qual os cromóforos sofrem uma força que é proporcional ao gradiente do campo elétrico (óptico). Este modelo, desenvolvido pelo Grupo de Lowell, EUA, foi testado extensivamente fornecendo a adequada dependência com a polarização dos feixes de laser. A mobilidade das cadeias, que permite o transporte de massa, é oriunda dos processos eficientes de fotoisomerização trans-cis-trans dos cromóforos de azobenzeno. Ao absorver a luz do laser, os cromóforos são excitados de sua conformação de mais baixa energia trans para a conformação cis. Eles relaxam de volta à forma trans, termicamente ou mesmo por excitação óptica, uma vez que os cromóforos continuam absorvendo um pouco de luz mesmo na forma cis. A fotoisomerização eficiente é pré-requisito para a mudança nas propriedades viscoelásticas do material, e esta é a razão pela qual até o momento só se conseguiu obter grades em materiais contendo azobenzenos.

Figura1

Além do interesse puramente científico por este intrigante fenômeno de interação de luz com a matéria, as grades de difração assim produzidas encontram aplicações em fotônica. Estas incluem a produção de dispositivos ópticos, como guias de onda ou de acoplamento de luz, memória óptica e fabricação de hologramas. No Brasil, os Grupos de Polímeros Prof. Bernhard Gross e de Óptica, do IFSC, iniciaram pesquisas em grades de relevo em 1998, tendo sido os primeiros a apresentar grades inscritas em filmes Langmuir-Blodgett (LB) de azopolímeros. Mais recentemente, os signatários desta nota realizaram estágio no Center for Advanced Materials, Lowell, e vêm continuando pesquisas no IFSC, principalmente no tocante aos mecanismos envolvidos na fabricação de grades em sistemas poliméricos automontados e em filmes do tipo LB.

Para mais detalhes:

1. Viswanathan, N.K., Balasubramanian, S., Li, L., Tripathy, S.K., Kumar, J., A detailed investigation of the polarization-dependent surface-relief-grating formation process on azo polymer films, Japanese J. Appl. Phys. Part 1-Regular Papers Short Notes & Review Papers , 38, pp. 5928-5937 (1999).

2. Mendonca, C.R., Dhanabalan, A., Balogh, D.T., Misoguti, L., dos Santos, D.S., Pereira-da-Silva, M.A., Giacometti, J.A., Zilio, S.C., Oliveira, O.N., Optically induced birefringence and surface relief gratings in composite Langmuir-Blodgett (LB) films of poly[4'-[[2-methacryloyloxy) ethyl] ethylamino] -2-chloro-4-nitroazobenzene] HPDR13) and cadmium stearate, Macromolecules, 32, pp. 1493-1499 (1999).

Matéria elaborada por Valtencir Zucolotto e Osvaldo N. Oliveira Jr., Instituto de Física de São Carlos, USP, C.P. 369, CEP:13560-970, São Carlos, SP, tel. [phone], e-mail: [e-mail], [e-mail].

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  06 Mar 2002
• Data do Fascículo
  Set 2001