86
87 mayores valores de birrefringencia fotoinducida fueron de 0.040 y 0.052 obtenidos para los copolímeros P15 y P30, respectivamente. Además, durante la fotoinducción se presentó un fenómeno de dicroísmo, lo cual deberá ser estudiado más adelante de manera sistemática.
Mediante luz polarizada ortogonal circular-izquierda/circular-derecha se construyeron tres rejillas de relieve de superficie en las películas poliméricas P40, P30 y P15 con profundidad en el grabado de alrededor de 200nm, indicando con ello que la fotoinducción con el láser de 413nm provocó una migración de masa efectiva, dando lugar al tercer movimiento fotoinducido. Además, la superficie de la rejilla de la película con menor contenido del grupo azo (P15) fue la más homogénea y la de mayor calidad en el grabado de la onda sinusoidal mientras que la de mayor contenido (P40) mostró la presencia evidente de agregados.
Finalmente, a partir de los resultados obtenidos en este trabajo se concluye que debido a la sinergia de las propiedades líquido-cristalinas y de la respuesta óptica fotoinducida en los copolímeros P30 y P15, estos materiales resultan ser buenos candidatos para aplicaciones holográficas encaminadas a fabricar algún dispositivo de almacenamiento de información, que al utilizar bajos contenidos de grupo fotoactivo, resulta ser un material interesante para este tipo de aplicaciones.
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92 Trabajo a futuro
Aprovechando la combinación de propiedades de cristal líquido y propiedades ópticas fotoinducidas del mesógeno M10,6, el cual no ha sido reportado, se propone profundizar en la capacidad de fotolalineación a través de las siguientes actividades:
Emplear disolventes de mayor punto de ebullición y que solubilicen mejor a los copolímeros que el CHCl3 empleado en este trabajo, para tratar de obtener películas más homogéneas y de mayor calidad.
Obtener una serie de copolímeros a base del M10,6 y comonómeros que permitan una mayor movilidad (ejemplo butilacrilato) de manera que se favorezca el desarrollo de fases líquido-cristalinas a baja temperatura, que a su vez permitan un movimiento cooperativo foto-inducido de largo alcance para lograr así mayores valores de birrefringencia y mejores rejilla de relieve de superficie.
Realizar la fotoinducción de las películas fotosensibles controlando la temperatura de tal manera que el fotoalineamiento se lleve a cabo en presencia de una fase cristal líquido.
Efectuar un estudio sistemático del dicroísmo (o actividad óptica) fotoinducido observado durante la evaluación de la birrefringencia lineal en los copolímeros.
Dicho estudio resultaría interesante puesto que estas propiedades ópticas son deseables en la fabricación de lentes holográficos, y en otras aplicaciones.
93 Anexo 1
1.- Naturaleza de la luz
La luz es una radiación electromagnética que atraviesa el espacio con un movimiento ondulatorio. La velocidad de la luz, c, (3 x 1010 cm/s) es igual al producto de la frecuencia, v, por la longitud de onda λ.
ܿ ≡ ݒ × λ (1)
La frecuencia es el número de oscilaciones por unidad de tiempo como se observa en la Figura A.1, mientras que la longitud de onda es la distancia entre dos puntos correspondientes de la onda ya sea de cresta a cresta o de valle a valle como se representa en la Figura A.2.
Figura A.1. Representación esquemática de la frecuencia.
Figura A.2. Representación esquemática de la longitud de onda.
ט
oscilaciones por unidad de tiempo
94 La luz visible forma parte del espectro electromagnético, el cual incluye a otro tipo de ondas. El término luz visible involucra un intervalo de longitudes de onda que van desde aproximadamente de 380 nm hasta 780 nm, como se muestra en la Figura A.3. Los diferentes colores que se pueden observar corresponden a diferentes longitudes de onda del espectro visible. Por ejemplo, el azul tiene una longitud de onda por debajo de 480 nm, el verde entre 480 y 560 nm, el amarillo entre 560 y 590 nm, el naranja entre 590 y 630 nm, mientras que el rojo posee longitudes de onda mayores que 630 nm.
Figura A.3. Esquema representativo de las longitudes de onda a las que corresponde la región UV-Vis.
2.- Fenómenos de interacción entre la luz y la materia
Cuando la luz incide sobre un material pueden ocurrir los siguientes fenómenos:
Reflexión.- Cuando un haz de luz llega a la superficie de separación entre dos medios, parte de la luz se trasmite, parte se absorbe y el resto se refleja, como se observa en la Figura A.4.
95 Figura A.4. Representación esquemática de la modificación de un haz de luz por la
reflexión.
Refracción.- Cuando una onda de luz pasa de un medio a otro, de distinto índice de refracción, su dirección cambia.
Índice de refracción.- Es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz del material que atraviesa, y se define mediante
݊ = ܿ/ݒ (2)
Donde c es la velocidad de luz en el vacío y v es la velocidad de la luz en el material.
Difracción.- cuando se interpone un obstáculo en el paso de la de luz, si se observan los contornos de las sombras pierden su nitidez, la frontera entre la luz y la sombra dejan de ser claras. En la zona del borde aparecen franjas claras y oscuras, a este fenómeno se le conoce como difracción y es considerado además como un fenómeno de interferencia83 (ver Figura A.5).
45° 45°
10%
100%
Haz de luz transmitido
Haz reflejado Haz de luz
incidente
Material con Indice de refracción de 1.5
28° 90%
Aire
Normal a la superficie
96 Figura A.5. Diagrama de la difracción considerado un fenómeno de interferencia.
La difracción es un fenómeno de la luz que se emplea en la polarización holográfica para reconstruir rejillas de difracción, mismas que sólo son elaboradas en materiales fotoanisotrópicos. Cuando dos ondas se interfieren cada una con diferente polarización, la componente ortogonal polarizada es modulada a través de los patrones de interferencia, como se observa en el ejemplo de la Figura A.6. Esto es, que existirá mayor intensidad en la modulación; la polarización modulada es función de una diferencia de fase entre dos ondas.
Cuando dos ondas llegan en fase, la interferencia es considerada como un refuerzo en la intensidad al momento de construir la rejilla como se representa en la Figura A.7, por lo que no existiría tal construcción de la cresta cuando las dos ondas llegan fuera de fase. Se emplea el término de interferencia para referirse a la sobreposición de dos ondas incluso cuando no existe ninguna modulación de la intensidad77.
a)
Figura A.6. Esquema geométrico del grabado holográfico (R circ (a) Registro holográfico
Figura A.7 Esquema representativo
los patrones de interferencia circular izq. y circular der.
La luz natural nunca es 100% o 0% polarizada, por lo tanto, la luz natural se puede representar como la superposición de una componente 100% polarizada y otra 0%
polarizada. La forma más general de polarizació
polarización elíptica y dos casos particulares son la polarización lineal y la circular.
b)
geométrico del grabado holográfico (R circular izq y S circular der) Registro holográfico77 por interferencia entre dos haces (b).
Esquema representativo8 de la posición de los picos en el relieve de superficie y e interferencia circular izq. y circular der.
La luz natural nunca es 100% o 0% polarizada, por lo tanto, la luz natural se puede representar como la superposición de una componente 100% polarizada y otra 0%
polarizada. La forma más general de polarización de una onda plana se denomina polarización elíptica y dos casos particulares son la polarización lineal y la circular.
Donde circular izq y circular der. corresponde a:
97 ular izq y S circular der)
de la posición de los picos en el relieve de superficie y
La luz natural nunca es 100% o 0% polarizada, por lo tanto, la luz natural se puede representar como la superposición de una componente 100% polarizada y otra 0%
n de una onda plana se denomina polarización elíptica y dos casos particulares son la polarización lineal y la circular.
y circular der. corresponde a:
98 Cuando una onda es polarizada en un plano o linealmente polarizada, el campo eléctrico es paralelo entre una onda y otra y está en dirección de un plano común llamado plano de polarización
Luz Polarizada.- Es la radiación que presenta una orientación constante del campo eléctrico (magnético).
Figura A.8. Esquema de luz polarizada linealmente representada en el plano de polarización.
Parámetros de Stokes
Una de las mejores formas de caracterizar el estado de polarización de la radiación o de un haz de luz polarizada es determinando los parámetros de Stokes (1852) que corresponden al vector S = (S0, S1, S2, S3) o (I, Q, U, V)
(3)
donde I es la intensidad total de la luz propagándose, Q es la componente de polarización lineal horizontal/vertical, U es la componente de luz polarizada linealmente y con plano de vibración orientado a ±45° y V es la componente de polarización circular derecha/izquierda.
S=
I Q U V
99 La luz y la anisotropía
En un medio isótropo la velocidad de propagación de la luz es la misma en todas direcciones. Son ejemplos de medios isotrópos el aire a presión y temperatura constantes, el vidrio, el agua, etc. En un medio anisótropo la velocidad de propagación de la luz varía con la dirección. Son ejemplos de medios anisótropos los cristales de cuarzo, el vidrio sometido a tensiones, etc.84
Birrefringencia.- Se debe a la naturaleza anisotrópica en el índice de refracción de un medio. En los cristales birrefringentes (calcita, cuarzo, mica) los electrones tiene diferentes grados de libertad para moverse en la red cristalina al ser acelerados por un campo eléctrico Ey; los electrones viajaran a diferentes estados de polarización a diferentes velocidades y serán refractados en diferentes direcciones. Como consecuencia se forman 2 rayos: el rayo ordinario y el rayo extraordinario como se observa en la Figura A.9.
Figura A.9. Esquema de Birrefringencia donde rayo e (rayo extraordinario), rayo o (rayo ordinario).
x y
rayo e rayo o
100 Dicroísmo.- Es la absorción selectiva de una de las componentes ortogonales del haz. Las sustancias dicroicas son en principio birrefringentes y además presentan una absorción diferente para los planos de vibración de los rayos ordinario y extraordinario.
Figura A.10. Dicroísmo80.
101 Glosario
Absorbancia Es la cantidad de intensidad de luz que absorbe una muestra.
Anisotrópico Material cuyas propiedades físicas dependen de la dirección de medición.
Azocompuesto Los compuestos que contienen el enlace -N=N- se denominan azoderivados, compuestos azoicos, o azocompuestos.
Cristal líquido Estado intermedio de la materia que combina la anisotropía de un cristal y la fluidez de un líquido isotrópico.
Cromóforo Al átomo o conjunto de átomos que absorben radiación se le denomina cromóforo.
Efecto hipsocrómico Cambio en la absorción de energía hacia una λ menor.
Espectroscopia Es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con aplicaciones en química, física y astronomía, entre otras disciplinas científicas.
Estabilidad de una mesofase Intervalo de temperaturas en el cual existe una mesofase.
Fotoisomerización Capacidad de un material de isomerizarse al ser irradidado con luz UV o visible.
Histéresis Comportamiento de algunos materiales que responden a un retraso entre una causa externa y un efecto en sus propiedades.
Isomerización Es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con igual fórmula química, es decir, iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su molécula, presentan estructuras moleculares distintas.
Mesofase Las partículas constituyentes (moléculas) presentan una fase fluida (líquido) con orden orientacional, pero no posicional A estas fases se les llama fase cristal líquido o mesofase.