Spectroscopie infrarouge exaltée de surface pour la détection de composés organiques dissous dans le milieu marin

par Frédéric Verger

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bruno Bureau et de Florent Colas.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Nos travaux de recherche concernent l'étude de la spectroscopie moyen-infrarouge exaltée de surface par des effets de plasmonique de surface ou SEIRA (acronyme de l'anglais Surface Enhanced InfraRed Absorption) pour la détection de composés organiques dissous dans le milieu marin. Deux voies de synthèse ont été explorées. D'abord, des films d'or rugueux formés de nanoparticules en forme d'îlots ont été déposés par pulvérisation cathodique sur des substrats en verre de chalcogénures. Ensuite, la lithographie par faisceau électronique a permis d'obtenir des nano-antennes d'or. Les verres de chalcogénures, support de l'étude, sont transparents dans le moyen-infrarouge et pourront être aisément mis en forme pour fabriquer des systèmes optiques complexes : guides planaires, fibres optiques. . . Les conditions de dépôt ont été étudiées pour atteindre une morphologie optimisée des films d'or. Les mesures à partir d'une molécule teste, le 4-nitrothiophénol, formant une monocouche auto-assemblée à la surface du métal, ont mis en évidence un effet SEIRA pour certaines liaisons chimiques. Les résultats montrent un facteur d'exaltation inférieur à 100 avec les films pulvérisés et de l'ordre de 106 avec les nano-antennes d'or. La technique de pulvérisation cathodique est simple à mettre en oeuvre, permet de couvrir des surfaces de plusieurs cm², mais la reproductibilité en terme d'exaltation est difficile à assurer et l'exaltation reste faible. La lithographie par faisceau électronique est plus lourde à mette en oeuvre, la surface est limitée à quelques dizaines de μm² et la bande plasmon est très localisée en longueur d'onde, mais la reproductibilité est bonne et l'exaltation importante.

  • Titre traduit

    Surface enhanced infrared spectroscopy for the detection of organic compounds in seawater


  • Résumé

    This work concerns the study of Surface Enhanced InfraRed Absorption (SEIRA) spectroscopy dedicated to the detection of dissolved organic compounds in seawater. The aim of this work is to develop a synthesis process to fabricate sensors based on SEIRA effect on chalcogenide glass substrate, which will pave the way to integrated component for SEIRA spectroscopy. Two kind of deposition methods were studied. On the one hand, island gold nanoparticles were obtained by DC sputtering. On the other hand, electron beam lithography was used for the synthesis of gold nano-antennas. In the future, the chalcogenide glasses used as substrate could be shaped into sophisticated photonic systems such as optical fibers or planar waveguides. The infrared measurements of a self-assembled monolayer of 4-nitrothiophenol show a significant SEIRA effect. Indeed, the results show an enhancement factor of about 100 with sputtered gold films and reach about 106 with gold nano-antennas. Sputtering technique is easy to handle, can cover areas of several centimeters square, but the reproducibility of the enhancement is difficult to ensure and the enhancement factor is low. Electron beam lithography is much more complex to implement, the coated surface is still limited to a few tens of microns square and the plasmon band is highly localized. However, this technique enables to achieve much higher enhancement factors.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (176 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/46
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