Poly(methyl methacrylate) and silica nanocomposites as new materials for polymeric optical devices

Nanocompuestos de poli(metacrilato de metilo) y sílice como nuevos materiales para dispositivos ópticos poliméricos

El PMMA es uno de los polímeros más utilizados para aplicaciones ópticas, debido a sus conocidas propiedades ópticas y a su bajo coste. Se sintetizaron nanocompuestos de PMMA/sílice espumada mediante polimerización in situ bajo sonicación para producir materiales ópticos utilizando dos tipos de sílice, una modificada superficialmente con PDMS y otra sin modificar. El contenido de sílice y los efectos de la amplitud de sonicación sobre las propiedades de los nanocompuestos se estudiaron mediante diseños experimentales factoriales. Los nanocompuestos conservaron la elevada transparencia del PMMA prístino, especialmente a niveles más bajos de sílice y sonicación. El análisis reológico indicó una mejor dispersión de la sílice no modificada en el PMMA. La sílice dispersa en los nanocompuestos de PMMA redujo el índice de refracción del PMMA en 0,012, lo que hace que el PMMA/sílice fumé sea adecuado para la capa de revestimiento de las guías de onda con núcleo de PMMA, dando lugar al fenómeno de reflectancia total para el guiado de la luz. Por lo tanto, los nanocompuestos de PMMA/sílice pirogénica ofrecen materiales prometedores para dispositivos ópticos poliméricos, como fibras y paneles ópticos, sensores ópticos y biosensores, plataformas fotónicas, iluminación natural y pantallas multitáctiles.

INTRODUCCIÓN

Las fibras ópticas y las guías de ondas son componentes cruciales para transmitir señales luminosas a gran velocidad y con pérdidas mínimas. Estos dispositivos funcionan según el principio de reflexión interna total, en el que la luz se refleja continuamente dentro de un núcleo revestido con un revestimiento, lo que garantiza una pérdida mínima de señal.

El índice de refracción del revestimiento es inferior al del núcleo en al menos 0,002 a 0,005, dependiendo del diámetro del núcleo, que suele oscilar entre 10 µm en fibras monomodo y 50 µm en fibras multimodo. La diferencia de índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento puede ser gradual o escalonada. Para construir el núcleo y el revestimiento se utilizan tanto materiales a base de sílice como de polímeros.

Las fibras ópticas de sílice (SOF) son conocidas por sus propiedades ópticas superiores. Sin embargo, su bajo límite elástico limita la flexibilidad, sobre todo en las fibras de mayor diámetro (>125 µm), lo que plantea problemas de manipulación y mayores costes, especialmente durante las conexiones. Las SOF han revolucionado la optoelectrónica, la fotónica y las telecomunicaciones al permitir tasas de transferencia de datos de alta velocidad superiores a 10 Gb/s, libres de interferencias electromagnéticas.

Las fibras ópticas poliméricas (POF) tienen núcleos y revestimientos de varios polímeros y son una alternativa a las fibras de sílice. Los polímeros más utilizados son el poli(metacrilato de metilo) (PMMA), el poliestireno (PS), el policarbonato (PC), los polímeros de olefinas cíclicas, las mezclas de polímeros fluorados como el poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) y los polímeros de superficie fluorados por plasma.