Benzothiazole-based dithienylethene photochromic materials for advanced optical applications

The switching capability of photochromic materials has gained growing interest over the years, especially for what concern their application in tunable advanced optical devices, where the refractive index, the transparency and the fluorescence are modulated. Photochromic diarylethenes, and in particular dithienylethenes, stand out for the excellent thermal stability (P-type photochromism) and fatigue resistance that can be achieved. In this work, a benzothiazole-based dithienylethene with a hexafluorocyclopentene ethenic bridge (DTE) has been exploited for tuning the properties of optical metasurfaces and proving the combination of amplitude and phase patterns in multiresponsive films. The DTE has been characterized in solution and in thin CAB doped films, showing excellent photochromic properties and notable refractive index modulation. Thanks to the reversible change of the refractive index of the DTE film upon photoisomerization, the resonance frequencies of metasurfaces in the NIR changed. Moreover, CAB films doped with DTE, polymerizable monomer and photoinitiator have been made. A photopolymer phase pattern was holographically written; then, an amplitude photochromic pattern was transferred by direct laser writing approach. The two patterns diffracted the light depending on the wavelength used, showing the enormous potentiality of this multiresponsive polymeric system.

La conversione reversibile dei materiali fotocromici ha acquisito un crescente interesse negli anni, specialmente per quanto riguarda applicazioni in dispositivi ottici avanzati e riconfigurabili, in cui si ha la modulazione dell’indice di rifrazione, della trasparenza e della fluorescenza. I diarileteni fotocromici, e in particolare i ditienileteni, emergono per l’eccellente stabilità termica (fotocromatismo di tipo P) e la resistenza a fatica. In questo lavoro è stato studiato un ditieniletene a base benzotiazolo e con esafluorociclopentene come ponte etenico (DTE) allo scopo di modulare le proprietà di metasuperfici ottiche e per fornire una combinazione di reticoli di fase e ampiezza in film multiresponsivi. Il DTE è stato caratterizzato in soluzione e disperso in matrice di CAB ottenendo film sottili. Esso ha mostrato eccellenti proprietà fotocromiche e una significativa modulazione dell’indice di rifrazione. Grazie al cambiamento reversibile dell’indice di rifrazione del film di DTE che consegue alla sua fotoisomerizzazione, le frequenze di risonanza delle metasuperfici nell’IR sono state modulate. Sono stati inoltre realizzati film di CAB drogati con DTE, un monomero polimerizzabile e un fotoiniziatore, su cui sono stati impressi un reticolo fotopolimerico di fase, scritto tramite olografia, e un reticolo fotocromico di ampiezza, trasferito tramite direct laser writing. I due reticoli hanno mostrato diffrazione della luce a seconda della lunghezza d’onda utilizzata, evidenziando l’enorme potenziale di questi sistemi polimerici multiresponsivi.