Synthesis and characterization of triarylamine based materials as two photon absorption photoinitiators

Abstract

Zweiphotoneninduzierte Photopolymerisation (2PIP) ermöglicht die Fabrikation von 3D-Strukturen mit Dimensionen im Submicrometerbereich. Da bei dieser Technologie Probleme im Zusammenhang mit linearer Absorption umgangen werden, kann der Anregungsstrahl unter der Oberfläche der Monomer- formulierung fokussiert werden, ohne dabei die Schichten ober- und unterhalb der fokalen Ebene zu beeinflussen. Aufgrund großer Fortschritte in den vergangenen Jahren steht die 2PIP kurz vor der Marktreife. Um diese Entwicklung weiter voranzutreiben, werden hocheffiziente 2PA-Photoinitiatoren (2PA-PIs) benötigt. Hierfür geeignete Moleküle beinhalten üblicherweise starke [pi]-Donor- (D) oder Akzeptor- (A) Gruppen sowie ein delokalisiertes [pi]-Elektronensystem. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung symmetrischer D-[pi]-D Moleküle auf Basis von Triphenylamin-Donor-Gruppen und heterocyclischen [pi]-Linkern als potentielle 2PA-PIs. Strategien zur Erhöhung der 2PA und damit der 2PIP-Effizienz dieser Cap-Linker-Cap Strukturen sind (i) Erhöhung der Elektronendichte der Linker, sowie (ii) Planarisierung der Linker, (iii) und der Caps. Weiters wurden D-[pi]-A-[pi]-D Verbindungen basierend auf Oxadiazol and Thiadiazol hergestellt. Um die Löslichkeit an Monomerformulierungen anzupassen, erfolgte eine Modifizierung der Triarylaminbausteine mit n-Hexylresten. Neben photophysikalischer Charakterisierung wurden die Zielsubstanzen mittels 2PIP Strukturierungstests evaluiert und zeigten dabei hohe Effizienz im Vergleich zu etablierten 2PA-PIs.

Two-photon induced photopolymerization (2PIP) enables the fabrication of 3D structures with dimensions in the submicrometer range. As this technique avoids the problems associated with linear absorption, the excitation beam can penetrate deeply into the monomer formulation, leaving layers above and beyond the focal plane unaffected. Owing to great advances in recent years 2PIP is on the edge of commercialization. To further promote this progress highly efficient two-photon absorption photoinitiators (2PA-PIs) are strongly required. Suitable initiator compounds usually contain strong [pi]-donor (D) or acceptor (A) groups and an extended delocalized [pi]-system. This work focuses on the synthesis and characterization of potential 2PA-PIs based on symmetric D-[pi]-D type molecules containing triphenylamine donor groups and heterocyclic [pi]-linkers. Strategies to increase 2PA and thus the 2PIP efficiency of these cap-linker-cap type molecules are (i) increasing the electron density of the linker, (ii) planarization of the linker, (iii) and the caps. Additionally, D-[pi]-A-[pi]-D type compounds based on oxadiazole and thiadiazole are investigated. To adjust the solubility to the respective monomer formulation n-hexyl residues are introduced to the triarylamine building blocks. Besides photophysical characterization, target molecules are evaluated via 2PIP structuring tests revealing good efficiencies as 2PA-PIs.