Nanostructuration contrôlée de films de polymères

par Igor Siretanu

Thèse de doctorat en Chimie-physique

Sous la direction de Carlos Drummond et de Eric Papon.

Soutenue le 21-10-2011

à Bordeaux 1, dans le cadre de École doctorale de Sciences chimiques (Bordeaux), en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux) (laboratoire) .

Le jury était composé de Philippe Richetti, Etienne Barthel, Jean-Paul Chapel.

Les rapporteurs étaient Yves Grohens, Günter Reiter.


  • Résumé

    Il est bien connu que la structuration de surface dans la nature est très importante et ses applications très répandues. Des modèles simples, comme les vagues de surface, sont indispensables dans certains processus naturels et peuvent avoir une application directe aux innovations technologiques. Dans cette thèse, j'étudie les nouvelles méthodes de structuration et de processus de formation de structures contrôlées dans des films minces de polymères, en particulier à des températures inférieures à leur transition vitreuse. J'ai trouvé que la surface de polystyrène vitreux peut être reconstruite à température ambiante, par application directe ou indirecte d'un champ électrique, suggérant fortement qu’une couche de mobilité accrue existe à la surface de ce polymère vitreux. De plus grâce à cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode pour induire et contrôler des structures submicroniques sur des substrats hydrophobes en une seule étape de traitement simple, basée sur le traitement du substrat avec une solution aqueuse dégazée. Cette nanostructuration est le résultat d'adsorption des espèces chargées proches sur la surface hydrophobe des polymères créant un champ électrique élevé, ce qui, combiné avec la mobilité de la surface du polymère, induit la déformation du substrat polymère. Comme l'étude directe des propriétés spécifiques de cette région, proche de la surface libre de films minces de polymères, est très rare en raison de la limite des techniques expérimentales appropriées, j'ai réalisé une étude approfondie de la relaxation temporelle des surfaces polymères préalablement structurées par les méthodes décrites ci-dessus.


  • Résumé

    It is well known that the importance and the applications of surface structuration in Nature and in technology are widespread. Simple patterns, such as surface waves, are indispensable in some natural processes and may have direct application to technological innovations. In this thesis I investigate novel methods of structuring and control structure formation process in thin polymer films, particularly at temperatures lower than their glass transition. We have found that the surface of glassy polystyrene can be reconstructed at room temperature either by direct or indirect application of an electric field, strongly suggesting that a layer of enhanced mobility indeed exists at the surface of this glassy polymer. Additionally through this thesis we present a novel developed way to induce and control submicron structures on hydrophobic substrates by a single, simple treatment step based on treating the substrate with degassed aqueous solution. This nanostructuration is the result of close adsorption of charged species on the hydrophobic polymeric surface building a high electric field, which, combined with the mobility of the polymer surface, induces the deformation of the polymer substrate. Since, the direct study of properties of this specific near free surface region of thin polymer films is very rare due to the limited suitable experimental techniques; we have completed an extensive study of influence of supporting substrate and the temporal relaxation of previously polymer structured surfaces by above described methods.

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