Design and bottom-up fabrication of nanostructured photonic / plasmonic materials

par Hanbin Zheng

Thèse de doctorat en Physico-chimie de la matière condensée

Sous la direction de Serge Ravaine et de Rui Manuel Amaral de Almeida.

Soutenue le 24-11-2014

à Bordeaux en cotutelle avec l'Instituto superior técnico (Lisbonne) , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Université de Bordeaux I (1970-2013) (Etablissement d'accueil) et de Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac) (laboratoire) .

Le président du jury était Alexander Kuhn.

Le jury était composé de Paulo S. Andre, Thomas Rivera.

Les rapporteurs étaient David Peyrade, Jérôme Plain.

  • Titre traduit

    Conception et fabrication par voie ascendante de matériaux photoniques et plasmoniques nanostructurés


  • Résumé

    L’auto-assemblage de particules colloïdales est une technique polyvalente qui permet la fabrication de cristaux colloïdaux à de grandes échelles. Le but de notre étude est de développer des processus fiables et reproductibles pour fabriquer des matériaux photoniques et plasmoniques pouvant être incorporés au sein de différents dispositifs.Des opales inverses en dioxyde de titane composées d’un nombre précis de couches ont été intégrées au sein de cellules solaires à colorant «tout solide», ce qui a entraîné une amélioration des performances allant jusqu'à105%. Des surfaces d'ornano structurées présentant une absorption omnidirectionnelle et totale de la lumière ont été fabriquées par dépôt électrolytique d'or à travers une monocouche de particules de polystyrène. En outre, des surfaces d'or très rugueuses présentant des propriétés anti-réfléchissantes ont également été élaborées. En modulant la taille des interstices entre les particules de polystyrène, il a été possible de fabriquer par électrodéposition séquentielle des nanopiliers d’or de différentes longueurs. Enfin, l'utilisation d'une monocouche non compacte de particules comme moule a permis la réalisation de métamatériaux de type fishnet


  • Résumé

    The bottom-up self-assembly of colloidal particles is a versatile technique that allows the fabrication of large areas of colloidal crystals. The purpose of the present study is to develop highly reliable and reproducible process routes to fabricate nanostructured photonic and plasmonic materials that can be incorporated into different devices. Titania inverse opals with precise control of the layer thickness have been successfully incorporated into solid state DSSCs which showed improved performance of up to 105 %. Nanostructured gold surfaces that exhibited omnidirectional total light absorption have been fabricated by controlled electrodeposition of gold through colloidal monolayers of polystyrenebeads. In addition, very rough gold surfaces that showed anti-reflective properties were also made. By tuning the pore size of the colloidal monolayer, plasmonic gold nanopillarswith different lengths were fabricated by a sequential electrodeposition process. Using a non close-packed monolayer of PS beadscombined with electrodeposition,fishnet metamaterialswere fabricated.


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