Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.

Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.