Αντιστρέψιμες μικροδομές πολυμερικών συστημάτων για φωτονικές εφαρμογές

Abstract

The subject of the present thesis is the development of polymeric structures that are active to a newly described phenomenon. The phenomenon was first mentioned in 2002 (R. Sigel, G. Fytas, N. Vainos, S. Pispas, N. Hadjichristidis “Pattern Formation in Homogeneous Polymer Solutions Induced by a Continuous-Wave Visible Laser”, Science 2002, 297, 67). Certain polymers such as polyisoprene exhibited a novel and unexpected response when they were irradiated with a weak visible laser. In the first part homopolymers and diblock copolymers were developed and characterized. More specifically a plethora of polyisoprene homopolymers with different molecular weights and varying percentage of microstructures were produced. Additionally several diblock copolymers (PS-b-PI, PS-b-P2VP, PI-b-P2VP) with varying molecular weight and composition were developed. In the second part the aforementioned polymers were utilized for the development of novel polymeric nanostructures which also would be active in the described phenomenon. Successful creation of Au nanoparticles, utilizing the diblock copolymers as polymeric matrices and formation of colloidal structures are described. Additionally polyampholytes were produced and successfully characterized. Solution behavior of polyampholytes with respect to the pH value of the solution was monitored, exhibiting interesting results. Reverse micelles of PI-b-P2VP in acid aqueous solution were produced and the interaction of the reverse micelles and the anionic porphyrin TPPS was monitored through UV-VIS spectroscopy.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά την ανάπτυξη “φωτοευαίσθητων” πολυμερικών συστημάτων που δυνητικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φωτονικές εφαρμογές. Η διατριβή βασίζεται στο γεγονός ότι συγκεκριμμένα πολυμερή, όπως το πολυισοπρένιο, όταν ακτινοβολούνταν σε διάλυμα από μια δέσμη laser εμφάνιζαν μια μη αναμενόμεμη συμπεριφορά κυματοδήγησης, όπως αναφέρεται στην βιβλιογραφία (R. Sigel, G. Fytas, N. Vainos, S. Pispas, N. Hadjichristidis “Pattern Formation in Homogeneous Polymer Solutions Induced by a Continuous-Wave Visible Laser”, Science 2002, 297, 67). Η παρούσα διατριβή αποτελείται από δύο διακριτά μέρη. Στο πρώτο μέρος υπήρξε ανάπτυξη πρότυπων πολυμερών, ώστε να μελετηθεί σε μεγαλύτερο βάθος το φαινόμενο που αναφέρεται παραπάνω, και να αναπτυχθεί μια επαρκής φαινομενολογία του. Στα παραπάνω πλαίσια πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πρότυπων πολυμερών πολυ(ισοπρενίου) με διαφορετικές μικροδομές, συμπολυμερών κατά συστάδες πολυ(ισοπρενίου)-πολυ(στυρενίου) και συμπολυμερών κατά συστάδες πολυ(ισοπρενίου)-πολυ(2-βινυλοπυριδίνης). Στο δεύτερο σκέλος της διατριβής τα πρότυπα πολυμερή χρησιμοποιήθηκαν για να αναπτυχθούν πολυμερικά συστήματα τα οποία αφ’ ενός θα εμφανίζουν την δυνατότητα κυματοδήγησης, βασισμένη στο προαναφερθέν φαινόμενο, και αφετέρου θα παρουσιάζουν επιπρόσθετες λειτουργικότητες. Σε αυτό το πλαίσιο τα πολυμερή χρησιμοποιήθηκαν ως πολυμερικές νανομήτρες για την ανάπτυξη νανοσωματιδίων χρυσού και τον σχηματισμό υβριδικών κολλοειδών, στην προετοιμασία πολυαμφολυτών κατά συστάδες ευαίσθητων στην αλλαγή του pH, καθώς και για την δημιουργία νανοδομημένων συμπλόκων από μικκύλια συμπολυμερών κατά συστάδες με την ανιοντική πορφυρίνη TPPS σε υδατικά μέσα.