Caractérisation structurale, poreuse et mécanique de films minces de silice mésoporeuse PDF Download
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Author: Sandrine Dourdain
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 193
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Book Description
Ce travail de thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de films minces de silice mésoporeuse. La synthèse de ces matériaux est basée sur l’auto-organisation de tensioactifs qui permettent de structurer à l'échelle nanométrique un squelette, constitué ici d’un gel de silice. Les paramètres pertinents influençant la structuration des films minces ont été appréhendés. En particulier, des études in situ par réflectivité des rayons X et par Diffusion en incidence rasante des rayons X (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering, GISAXS), ont permis de mettre en évidence le role prédominant de l’humidité relative. Des protocoles d’extraction par rinçage à l’éthanol ont été établis pour dégager efficacement les structures mésoporeuses sans les écraser. Une méthode d'analyse de la porosité des films minces a ensuite été développée. Cette méthode est basée sur l’analyse quantitative des courbes de réflectivité par la méthode matricielle. Complémentée par l'analyse des clichés GISAXS, elle nous a permis de déterminer sur couche mince non seulement la porosité, la taille des pores et des murs mais aussi la surface spécifique et la distorsion des pores. Les pores de ces films mésoporeux ont une dimension idéale pour y parfaire l'étude de la condensation capillaire de l’eau. Quand l'eau pénètre dans les pores, le contraste de densité électronique décroît fortement. Ainsi, les techniques de diffusion des rayons X (réflectivité et GISAXS) permettent de suivre les isothermes de condensation et de désorption de l'eau dans les pores. La distribution de taille des pores peut alors être obtenue. Les isothermes d’adsorption d’eau ont permis également d'estimer la porosité, mais aussi d'appréhender par le biais de l'équation de Laplace, les propriétés mécaniques des films en accédant à leur module d’Young. Finalement nous avons conclu cette thèse par l'étude de la fonctionnalisation des films par divers groupements fonctionnels localisés à la surface des mésopores, dans l'optique de modifier leur hydrophilicité ou leur réactivité chimique.
Author: Sandrine Dourdain
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Languages : fr
Pages : 193
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Ce travail de thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de films minces de silice mésoporeuse. La synthèse de ces matériaux est basée sur l’auto-organisation de tensioactifs qui permettent de structurer à l'échelle nanométrique un squelette, constitué ici d’un gel de silice. Les paramètres pertinents influençant la structuration des films minces ont été appréhendés. En particulier, des études in situ par réflectivité des rayons X et par Diffusion en incidence rasante des rayons X (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering, GISAXS), ont permis de mettre en évidence le role prédominant de l’humidité relative. Des protocoles d’extraction par rinçage à l’éthanol ont été établis pour dégager efficacement les structures mésoporeuses sans les écraser. Une méthode d'analyse de la porosité des films minces a ensuite été développée. Cette méthode est basée sur l’analyse quantitative des courbes de réflectivité par la méthode matricielle. Complémentée par l'analyse des clichés GISAXS, elle nous a permis de déterminer sur couche mince non seulement la porosité, la taille des pores et des murs mais aussi la surface spécifique et la distorsion des pores. Les pores de ces films mésoporeux ont une dimension idéale pour y parfaire l'étude de la condensation capillaire de l’eau. Quand l'eau pénètre dans les pores, le contraste de densité électronique décroît fortement. Ainsi, les techniques de diffusion des rayons X (réflectivité et GISAXS) permettent de suivre les isothermes de condensation et de désorption de l'eau dans les pores. La distribution de taille des pores peut alors être obtenue. Les isothermes d’adsorption d’eau ont permis également d'estimer la porosité, mais aussi d'appréhender par le biais de l'équation de Laplace, les propriétés mécaniques des films en accédant à leur module d’Young. Finalement nous avons conclu cette thèse par l'étude de la fonctionnalisation des films par divers groupements fonctionnels localisés à la surface des mésopores, dans l'optique de modifier leur hydrophilicité ou leur réactivité chimique.
Author: Michaela Klotz
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Languages : fr
Pages : 247
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Book Description
LES PROPRIETES STRUCTURANTES DES MESOPHASES DE TYPE CRISTAL LIQUIDE LYOTROPE SONT ASSOCIEES AUX AVANTAGES DU PROCEDE SOL-GEL POUR LA FORMATION DE COUCHES MINCES CONTINUES DE SILICE. LA SYNTHESE DE MATERIAUX INORGANIQUES A TEXTURE POREUSE ORDONNEE PEUT AINSI ETRE OBTENUE PAR EFFET D'EMPREINTE APRES ELIMINATION DE LA MESOPHASE STRUCTURANTE. L'APPLICATION A L'ELABORATION DE MEMBRANES CERAMIQUES DOIT AINSI PERMETTRE UNE AMELIORATION DE LA PERMSELECTIVITE DES COUCHES SEPARATIVES, LIEE A LA MONODISPERSITE EN TAILLE DES PORES. LE CHOIX DES MOLECULES AMPHIPHILES STRUCTURANTES REND DE PLUS POSSIBLE L'AJUSTEMENT DE LA TAILLE DES PORES DE LA MEMBRANE. LES COUCHES A STRUCTURE HEXAGONALE SYNTHETISEES A L'AIDE DE TENSIOACTIFS DE TYPE ALKYLTRIMETHYLAMMONIUM SONT PLUS PARTICULIEREMENT ETUDIEES. IL EST EN NOTAMMENT MONTRE QUE LES CONDITIONS DE SYNTHESE PEUVENT ETRE DEFINIES A PARTIR DES DIAGRAMMES DE PHASE EAU TENSIOACTIF CORRESPONDANTS. LES RESULTATS SONT GENERALISES A D'AUTRES STRUCTURES ET D'AUTRES TYPES DE STRUCTURANTS. LA CARACTERISATION DES MATERIAUX PAR DIFFRACTION DES RAYONS X EN 1D OU 2D AINSI QUE LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION METTENT EN EVIDENCE LA TEXTURATION DE LA COUCHE ET LE FAIT QUE LA STRUCTURE REELLE DES FILMS, APRES SECHAGE ET CALCINATION, N'EST PAS HEXAGONALE MAIS DE TYPE RECTANGLE CENTREE. LA STRUCTURE S'ORIENTE PARALLELEMENT AU SUBSTRAT, CE QUI EST NEFASTE POUR LA PERMEABILITE DES COUCHES POREUSES PRODUITES. POUR MODIFIER CETTE ANISOTROPIE, DES PARTICULES COLLOIDALES SONT INTRODUITES DANS LE MILIEU : DES COLLOIDES DE SILICE OU DES COLLOIDES MAGNETIQUES DE MAGHEMITE. CES DERNIERS SONT UTILISES AFIN D'EVALUER L'EFFET DE LEUR ROTATION SOUS CHAMP MAGNETIQUE SUR L'ORIENTATION DES CYLINDRES MICELLAIRES FORMANT LA MESOPHASE. LES INTERACTIONS ENTRE LES COLLOIDES INTRODUITS ET LES AUTRES CONSTITUANTS DU MILIEU REACTIONNEL SONT D'ABORD ETUDIEES. L'INFLUENCE DE L'ENSEMENCEMENT SUR LA TEXTURE ET LA PERMEABILITE DE COUCHES POREUSES EST ENSUITE EVALUEE.
Author: François Guillemot
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Languages : fr
Pages : 176
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en français : Les couches minces à bas indice de réfraction présentent un intérêt important pour ajuster les propriétés optiques de certains dispositifs, par exemple leur réflectivité. Les couches sol-gel mésoporeuses de silice préparées par auto-assemblage de tensioactif ont été l'objet de nombreuses études mais présentent un indice de réfraction très peu stable puisqu'elles peuvent être le lieu de condensation capillaire d'eau atmosphérique. Pour dépasser ce problème, nous avons préparé des couches sol-gel poreuses de silice, structurées par des latex synthétisés spécifiquement, avec des tailles de pores supérieures à 30 nm, pour lesquelles la condensation capillaire n'a pas lieu. Ces couches ne présentent pas de microporosité dans les murs de silice, ce qui permet d'ajuster indépendamment et précisément la taille des pores, leur fraction volumique ainsi que leur chimie de surface. L'accessibilité des pores en fonction de leur taille et de la fraction poreuse a été étudiée par ellipsométrie-porosimétrie et par annihilation de positons. Une transition de percolation entre une porosité ouverte et fermée a été observée lorsque l'on fait décroître la fraction poreuse. Les propriétés mécaniques des couches ont été étudiées par nanoindentation : nous avons montré que module d'Young et dureté suivent un modèle de surface solide minimale. Le caractère modèle des propriétés structurales et mécaniques des couches ainsi préparées nous permet d'envisager une optimisation des propriétés du matériau. Ces couches poreuses avec un indice de réfraction très stable et ajustable sur une large gamme (de 1,10 à 1,45) sont ainsi très prometteuses pour des applications optiques
Author: Valérie François
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Languages : fr
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Author: Taisiia Sikolenko
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Languages : en
Pages : 0
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The combination of rich surface chemistry of silica and ordered perpendicularly-standing hexagonal mesostructure of films generated by EASA makes this material a perfect choice for use as the electrode coatings. In this light, improvement of film design is a constant challenge in order to benefit from porous layer and to increase the efficiency of electrochemical sensors. The first part of project was centred around the optimisation of the film thickness towards the thinnest with preservation of the beneficial hexagonal structure. The mesoporous silica film (MSF) thickness is a parameter that can affect the mass transport through the silica coating to the electrode specifically because of the reactivity of surface silanol groups. Thinning of the MSF can facilitate the diffusion of species, while keeping the presence of the beneficial silica layer can increase the electrochemical response, hence, the sensitivity of analysis. Two approaches were used in order to decrease thickness. The first was a study of the effect of the deposition time during the modification of the electrode (EASA process). The second one was the wet etching of film after its deposition. The thinnest uniform MSFs, which can be generated on indium tin oxide (ITO) surface, require minimum 10 seconds deposition with an applied potential equal to -1.3 V and a 100 mM silane-containing sol. This gave rise to 80 ± 9 nm coating. Post-synthesis etching with the soft fluoride solution of ammonium fluoride, NH4F, allowed to control the decrease of the MSF thickness. By keeping the surfactant inside the silica pores, template agent for the synthesis, the kinetic of the etching reaction was faster, but with a more homogeneous dissolution. It was possible to obtain the thinnest ordered MSF in comparison with an etching procedure conducted on MSF after the extraction of the template. The profilometry determined thickness of well-structured film with vertical pore orientation was respectively of 28 ± 9 nm for the templated silica films and 57 ± 11 nm for films without surfactant inside their pores. In the second part of the study, MSFs were applied to modify ITO electrodes for the development of electrochemiluminescence platform for detection of amine-containing herbicide glyphosate using co-reactant system with Ru(bpy)32+. Comparison between physical and chemical immobilisation of the organometallic agent was studied. Covalent functionalisation was achievable due to introduction of azide functions on co-condensation step with their further coupling with propargyl-functionalised derivative of Ru(bpy)32+ complex by Huisgen 1,3-cycloaddition reaction. The effect of the herbicide addition was investigated using electrodes with immobilised by two approaches Ru(bpy)32+ complex as well as in solution of Ru(bpy)32+, operating bare ITO electrode and ITO electrode covered with unmodified MSF. The evolution of electrochemical signal was used to conclude on the possibility to detect glyphosate.
Author: Minhao Yan
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Languages : fr
Pages : 189
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Ce travail de thèse a porté sur la synthèse et l’orientation de la porosité dans des films minces hybrides mésostructurés/mésoporeux. La synthèse des films est basée sur l’auto-organisation de tensioactifs qui permettent de structurer à l'échelle nanométrique un gel de silice. Si le dépôt est réalisé sur un substrat plan, les micelles/canaux de tensioactifs sont courbées dans le plan de la surface du substrat et adoptent une structure 2D hexagonale dans la direction aléatoire. L'utilisation d'un réseau de lignes nanométriques de silicium gravées sur de la silice nous a permis d'orienter les micelles/canaux dans les rainures du réseau. Pour étudier la morphologie des films et l'arrangement des micelles/canaux, nous avons utilisés l’AFM (la microscopie à force atomique) qui permet une observation directe de la surface des films et la diffusion de rayonnements X qui est une méthode de caractérisation indirecte. La méthode indirecte d'analyse de la porosité des films minces, basée sur l’analyse quantitative des courbes de la réflectivité des rayons X, a été développée. Complémentée par l'analyse des clichés GISAXS (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering), elle a permis de déterminer la structure des films minces mésostructurés/mésoporeux. Par ailleurs, les pores de ces matériaux ont une dimension idéale pour étudier la condensation capillaire de l’eau. Lorsque l'eau se condense dans les pores on assiste à une forte diminution du contraste de densité électronique. Les techniques de la réflectivité des rayons X permettent de suivre les isothermes de condensation et de désorption de l'eau dans les pores. Ainsi la distribution de taille des pores et la porosité des films ont pu être obtenus. Une partie de ce travail a consisté à mettre en œuvre les conditions d'observation par méthode directe (AFM) de la surface des matériaux. En particulier nous avons établi une procédure permettant l'érosion par voie chimique de films minces de silice afin d'observer la structuration en profondeur de ces films. Cette méthode destructive a cependant le mérite de permettre une observation fine de l'orientation de la porosité. Elle est confrontée à la méthode indirecte des rayons X qui permet de suivre la mésostructure et le profil de densité électronique en profondeur dans le film. Pour permettre d'orienter la porosité nous avons utilisé un réseau gravé que nous avons caractérisé par AFM et par les techniques des rayons X (réflectivité spéculaire, réflectivité hors spéculaire et GISAXS). Cette thèse se conclut par l'étude du comportement de l'orientation de micelles de tensioactifs structurant de la silice lors du dépôt de films minces dans les interstices de ce réseau. La présence d'une surface structurée à une échelle comparable à celle des micelles/canaux est utilisée pour induire l'orientation des micelles/canaux. L'étude expérimentale de l'influence de l'épaisseur du film sur l'orientation des micelles/canaux a été menée.
Author: CHRISTIAN.. BOURREAU
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 135
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CE MEMOIRE A POUR SUJET L'ELABORATION DE COUCHES MINCES D'OXYDE DE SILICIUM PAR PLASMA DE COMPOSES ORGANOSILICIES (HMDSO ET TEOS). L'ETUDE DE L'INFLUENCE DES PARAMETRES DU REACTEUR DE DEPOT SUR LA VITESSE DE CROISSANCE DES COUCHES MINCES A MONTRE L'IMPORTANCE DE LA TEMPERATURE DU SUBSTRAT. QUEL QUE SOIT LE PRECURSEUR GAZEUX UTILISE, CETTE VITESSE DECROIT SENSIBLEMENT AVEC LA TEMPERATURE. DIFFERENTES TECHNIQUES D'ANALYSE ONT PERMIS DE TESTER LA QUALITE DES FILMS OBTENUS: MESURE DE L'INDICE OPTIQUE ET DE LA VITESSE D'ATTAQUE PAR HF, CARACTERISATION ELECTRIQUE A L'AIDE DE STRUCTURES MOS. L'ANALYSE CHIMIQUE, EFFECTUEE ESSENTIELLEMENT PAR SPECTROSCOPIE INFRAROUGE, MONTRE QUE LES FILMS POSSEDANT DES PROPRIETES PHYSIQUES INTERESSANTES ONT UNE STRUCTURE TRES PROCHE DE LA SILICE STCHIOMETRIQUE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX PRECEDENTS ONT PERMIS DE DEGAGER LES CARACTERISTIQUES DU MODE DE CROISSANCE. L'ETUDE DE COUCHES REALISEES, A TITRE COMPARATIF, A PARTIR DU SILANE, A CONDUIT A DES RESULTATS TRES DIFFERENTS. EN UTILISANT LE SILANE, LA FORMATION DU FILM EST PRINCIPALEMENT CONTROLEE PAR DES REACTIONS INITIEES DANS LE PLASMA. POUR LES COMPOSES ORGANOMETALLIQUES, LA CROISSANCE EST CONTROLEE PAR DES REACTIONS SE DEROULANT A LA SURFACE DU SUBSTRAT. DANS CE CAS LES PHENOMENES D'ADSORPTION ET DE DESORPTION JOUENT UN ROLE PRIMORDIAL. UN MECANISME REACTIONNEL COMPLET A ETE PROPOSE POUR LES DEPOTS REALISES A PARTIR DE HMDSO. L'ETUDE DES RECOUVREMENTS DE MARCHE A PERMIS D'ETABLIR UNE CORRELATION ETROITE ENTRE LE MODE DE CROISSANCE ET LA CONFORMITE DU DEPOT. LE RECOUVREMENT DE MARCHES PAR LES FILMS REALISES A PARTIR DU SILANE EST CARACTERISTIQUE D'UNE CROISSANCE ISOTROPE, ET DONC DE TRES MAUVAISE QUALITE. UNE AMELIORATION TRES NETTE DE CE RECOUVREMENT, CONTROLE PAR LES PHENOMENES D'ADSORPTION ET DE DESORPTION, EST OBSERVEE POUR LES DEPOTS OBTENUS A PARTIR DES COMPOSES ORGANOSILICIES
