Light triggered modulation of wettability in spiropyran layers : a new opening for adaptive optics

Device miniaturization of modern optical devices has pushed the development of new concepts. A key example is adaptive optics, consisting in lenses and mirrors which change their shape upon mechanical deformation or high electric field to modify and improve in real time the optical properties. Herein the possibility to trigger such a change by light is investigated. The key point is to exploit the light-induced modulation of wettability of photoactive materials to drive adaptive optics. Specifically, T-type photochromic materials belonging to spiro-compounds are considered as the photoinduced isomerization may lead to a zwitterionic state depending on the environment. Different approaches are considered to develop an optical component with a wettability photo-switching including photochromic species in liquid solutions or dispersed in polymer matrices and glasses functionalized with a photochromic monolayer. For each method, wettability properties are determined by contact angle measurements. A mixed self-assembled monolayer (SAM) containing a spiro-pyran derivative leads to a remarkable variation of the contact angle upon UV irradiation, the largest so far reported in the literature. Preliminary optical tests are reported.

La miniaturizzazione dei moderni dispositivi ottici ha spinto lo sviluppo di nuove idee. Un esempio chiave è l’ottica adattiva, che consiste in lenti e specchi in grado di cambiare la loro forma e migliorare istantaneamente le prestazioni ottiche in risposta ad una deformazione meccanica o in presenza di alti campi elettrici. In questo lavoro viene studiata la possibilità di sviluppare un componente ottico in grado di cambiare forma con la luce. L'idea si basa sul concetto di variazione di bagnabilità che accompagna il processo di cambiamento di colore fotoindotto in un materiale fotocromico. In particolare sono stati considerati materiali fotocromici di tipo T, appartenenti alla classe degli spiro-composti, in quanto la loro isomerizzazione fotoindotta dà origine a uno stato colorato che può essere caratterizzato da una struttura zwitterionica a seconda dall’ambiente. Sono stati considerati diversi approcci per lo sviluppo di un componente ottico con una bagnabilità fotoindotta, quali l'utilizzo di una specie fotocromica disciolta in soluzione o dispersa in una matrice polimerica, o lo sviluppo di vetri funzionalizzati con un monostrato fotocromico. Per ogni metodo, le proprietà di bagnabilità sono state determinate con misure di angolo di contatto. I risultati migliori sono stati ottenuti con un self-assembled monolayer (SAM) bicomponente contenente uno spiropirano: esso ha mostrato variazioni significative di angolo di contatto per irraggiamento UV, le più alte fino ad ora riportate in letteratura. Infine, sono riportati test preliminari di fattibilità di componenti ottici adattivi governati dalla luce.