Surfaces fonctionnalisées à base de nanoparticules métalliques pour l'optique et la photonique

par Mohamed Sow

Thèse de doctorat en Optique, Photonique, Hyperfréquences

Sous la direction de Francis Vocanson et de François Goutaland.

Soutenue le 06-06-2013

à Saint-Etienne , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec LAboratoire Hubert Curien [Saint Etienne] (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Philippe Blondeau.

Le jury était composé de Bruno Capoen, Elti Cattaruzza, Nadège Ollier.


  • Résumé

    Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une technique expérimentale basée sur un traitement laser ultraviolet continu permettant la croissance de nanoparticules (NP) d’argent et/ou d’or dans des verres soda-lime préalablement dopés aux ions Ag+ et/ou Au3+. L’originalité de cette méthode réside dans la très forte photosensibilité du verre à la longueur d’onde utilisée (244 nm), par rapport aux résultats de la littérature. Dans les verres échangés à l’argent, des NP de grand diamètre (jusqu’à 250 nm) et très concentrées ont été obtenues et le mécanisme de leur formation a été explicité. Nous avons ensuite montré que les substrats ainsi fabriqués sont adaptés pour la détection d’espèces chimiques faiblement concentrées via l’effet de diffusion Raman exaltée de surface, en choisissant comme molécule test la rhodamine 6G, ce qui était le but initial de ce travail. Nous nous sommes ensuite intéressés à la nanostructuration du verre par des NP d’argent : ainsi, des lignes de NP (de diamètre 80 nm), périodiquement espacées de 160 nm ont été obtenues pour des durées d’insolation « suffisamment longues ». Après avoir caractérisé expérimentalement ces arrangements périodiques de NP d’argent, nous avons montré un très bon accord entre nos résultats expérimentaux et la théorie classique des ripples (ou modèle de Sipe). Ce résultat est sans aucun doute le plus original de ce travail de thèse. D’autre part, nous avons montré que l’insolation laser à 244 nm permet la croissance de NP d’or de diamètre 50 nm dans les verres dopés Au3+ par poling thermique. Le codopage du verre avec des NP d’argent et d’or a également été obtenu

  • Titre traduit

    Functionalized surfaces based on metallic nanoparticles for optics and photonics


  • Résumé

    In this thesis, we have developed an experimental method based on the use of a continuous ultraviolet laser to process a soda-lime glass doped with either Ag+ or Au3+ ions for the growth of silver and/or gold nanoparticles (NP). The main advantage of method lies in the very high photosensitivity of the glass at the laser wavelength (244 nm), compared to the results of the literature. In silver-exchanged soda-lime glasses, highly concentrated silver NP of large diameter (up to 250 nm) have been obtained and their growth is fully elucidated. We have then shown that these substrates are well-suited to get efficient surface enhanced raman scattering effect with rhodamine 6G as test molecule, which was the first aim of this thesis. A third part is then dedicated to the growth of periodic nanostructures embedded with silver NP at the surface of the glass. Silver NP (of average diameter 80 nm) are aligned along lines periodically spaced by 160 nm. After experimental characterization of these periodic arrangements, we have demonstrated very good agreement between these experimental results and classical ripples theory (known as Sipe’s model in the literature).This result is undoubtedly the most original result of this manuscrit. We have then shown that laser exposure at 244 nm allows the growth of gold NP in soda-lime glass beforehand doped with Au3+ ions by thermal poling. Codoping of the glass containing with both silver and gold nanoparticles has also been achieved


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