Synthesis and characterization of triazene derivatives for optical application

Photosensitive materials that undergo changes in the refractive index upon irradiation with UV light are becoming increasingly important in the development of efficient volume holographic optical elements. In some recent works it has been demonstrated the existence of classes of photoreactions that lead to the formation of microvoids inside a layer, consequently to the release of gaseous species upon illumination. This thesis work aims to investigate on a new set of triazene derivatives leaving gaseous nitrogen and paving the way to a modulation of refractive index without any chemical post-processing. Four innovative triazenes are analyzed starting from the synthesis to the characterization in solution by means of different spectroscopic techniques, ranging from UV-Vis, IR spectroscopy to GC- MS. The photoreactions are studied in solid state, embedding the molecules in a polyurethane matrix; the modulation of refractive index and thickness is performed with transmittance spectroscopy, opening the possibility to submit these materials to Direct Laser Writing. Microscopic patterns are created with specific conditions of light focus and dose provided and the final result is visualized by means of a phase contrast microscopy. These molecules show interesting properties that make them promising candidates for concrete applications in optical devices, in particular in the astronomical field.

Le molecole e i composti chimici caratterizzati da una modulazione dell’indice di rifrazione quando illuminati stanno diventando sempre più importanti in diversi ambiti della scienza, specialmente nel settore degli elementi ottici; in particolare, beneficiano dell’elevata efficienza di questi materiali gli elementi olografici di volume. Essi si basano su una modulazione periodica dell’indice di rifrazione in seguito a scrittura su un substrato. Recentemente è stata dimostrata l’esistenza di reazioni attivate dalla luce in grado di formare specie gassose che vengono rilasciate nell’ambiente creando microvuoti sul substrato dove è contenuta la molecola, andando così a generare una differenza nell’indice di rifrazione; queste reazioni possono essere interessanti per lo sviluppo di nuovi materiali per olografia, in quanto si propongono di imitare ciò che avviene in altri materiali, ma senza richiedere alcun trattamento chimico. Questo lavoro si concentra sullo studio di nuove molecole della classe delle triazine, in grado di rilasciare azoto se illuminati con UV. Queste triazine sono state sintetizzate e caratterizzate in modo completo mediante l’utilizzo di diverse tecniche, a partire dalla spettroscopia UV-Vis, infrarossa fino ad analisi con GC- MS. In questo modo è stato possibile identificare la fotoreazione dal punto di vista della struttura chimica e avere un quadro chiaro dei prodotti formati. Successivamente le molecole sono state inglobate in una matrice poliuretanica ed è stata studiata la reazione con diverse tecniche di spettroscopia. Per misurare la modulazione dell’indice di rifrazione, sono stati effettuati alcuni test sulla molecola che presenta il gruppo nitro, ottenendo risultati interessanti. Il passo successivo ha riguardato la realizzazione e scrittura di pattern microscopici, visualizzati mediante l’uso di un microscopio a contrasto di fase, con buoni risultati in termini di accuratezza e contrasto.