Propriétés des couches minces nanostructurées et relation structure-fonction des interfaces

Films ultra minces de polymères

 L'objectif de ce travail est d'appréhender le rôle du confinement  de films ultra minces de polystyrène sur les propriétés physiques de ces films. Nous venons de montrer (ACS Nano 2015)  qu'en rinçant les films au toluène nous pouvons fabriquer des films d'épaisseur inférieure à 5nm parfaitement stable sur du silicium traité HF. Les films déposés sur silicium traité piranha sont métastables.  Nous avons revisité la stabilité au moyen de la théorie de Lifshitz Van der Waals [1]. 

  Nous avons également montré que les films ultra minces sont plus denses que les films épais. Nous interprétons les résultats en utilisant le concept de volume libre [2].

De même une étude basée sur la mesure des forces de décollement d’une pointe AFM (pull-off force) nous a permis de confirmer la stratification des films ultraminces de PS en terme de transition vitreuse avec l’existence d’une couche de plus grande mobilité (basse Tg) à l’interface supérieure [3]. Une étude détaillée du gonflement de ces films par du CO2 supercritique a été menée   [4]. Nous montrons que les films minces sont hyper gonflés et que le gonflement n'est pas réversible  lors de la dépressurisation . La stabilité des films gonflés après dépressurisation a été analysée dans le cadre du modèle  de Williams, Landel, and Ferry (WLF).

Ces travaux sont le fruit d'une coopération internationale (Programme CEFIPRA) et interrégionale avec le LIMATB Lorient. Ils ont été menés à la fois au laboratoire mais aussi sur les synchrotrons (ESRF ligne ID10 et Soleil ligne Smith) . Ils sont à l'interface entre les thématiques PSC et Polymère. Un second programme CEFIPRA est en cours de demande.

 

Chercheurs de l'IMMM porteur de ce sujet : N. DelormeA. Gibaud

1- Stability of Polymer Ultrathin Films (< 7 nm) Made by a Top-Down Approach , J.K. Bal ,T. Beuvier, A.B.Unni, E. Chavez Panduro , G. Vignaud, N. Delorme, M.Chebil, Y. Grohens · and A. Gibaud , ACS Nano, 9, 8184, 2015
2- Densification and Depression in Glass Transition Temperature in Polystyrene Thin Films, G Vignaud, M S. Chebil, JK Bal, N Delorme, T Beuvier, Y Grohens and A. Gibaud, Langmuir 30 (39), 11599-11608, 2014
3- Evidence of ultra thin film stratification by AFM force spectroscopy, N. Delorme, M.S. Chebil, G. Vignaud, V. Le Houerou, J.F. Bardeau, A. Gibaud and Y. Grohens Eur. Phys. J. E, 38,56 ,2015
4- Relaxation of Ultrathin Polystyrene Films Hyperswollen in Supercritical Carbon Dioxide, J.K. Bal, T. Beuvier,
M.S. Chebil, G. Vignaud, Y. Grohens, M.K. Sanyal and A. Gibaud, Macromolecules, 47 (24), 8738-8747, 2014
5- In Situ X‑ray Reflectivity Study of Polystyrene Ultrathin Films Swollen in Carbon Dioxide, M. Souheib Chebil,G. Vignaud,Y. Grohens,O. Konovalov, M. K. Sanyal,T. Beuvier and A. Gibaud x.doi.org/
10.1021/ma301035f | Macromolecules, (2012) Volume45 Issue: 16 Pages: 6611-6617 (2012)
6- Power law in swelling of ultra thin polymer films, M. Mukherjee, M. Chebil, N. Delorme and A. Gibaud,
Polymer, 54, 4669, (2013)

 

Film minces mésoporeux

L'analyse quantitative de matériaux mésoporeux en films minces par réflectivité des rayons X et GISAXS reste un challenge au niveau international [1,2]. Nous venons de montrer qu'il est possible de simuler de manière quantitative les intensités mesurées dans les clichés de GISAXS de films minces mésoporeux de silice. Ce travail résulte d'une coopération internationale menée avec le Prof. D.W. Breiby de l'Université de Trondheim (NTNU).


Dans le cadre de nos travaux , nous avons organisé la conférence internationale de GISAXS à Nice en septembre 2015 (http://gisas2015.univ-lemans.fr/fr/index.html).

Chercheur de l'IMMM porteur du sujet : A. Gibaud

1- Mesostructured alumina as powders and thin films, Georg J B Voss, Elvia Chavez Panduro, Anette Midttveit, Jostein B Flø ystad, Kristin Hø ydalsvik, Alain Gibaud, Dag W Breiby, Magnus Rønning , Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability, 2 (33), 13747-13747, 2014
2- Using 3D GISAXS analysis to probe pore deformation in mesoporous silica films, Elvia A. Chavez Panduro, H Granlund, M Sztucki, OV Konovalov, DW Breiby and A. Gibaud ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6 (4), pp 2686–2691, DOI: 10.1021/am404602t

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