Autoassemblage de monocouches organiques à faible température

Low Temperature Self-Assembly of Organic Monolayers

• Auteur / Autrice : Lutz Wiegart
• Direction : François Rieutord
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés libres

Monocouches sur des sous-phases liquides

Acides gras

Phospholipides

Acide eicosanoique

Acide dipalmitoyl-phosphatidique (DPPA)

Autoassemblage à basse température

Transition de phase rotateur-cristalline

Isothermes de Langmuir

Diffraction X sous incidence

Résumé

A température ambiante, la plupart des monocouches constituées de molécules formées de chaînes alcanes présentent des phases caractérisées par la rotation des chaînes autour de leur axe moléculaire. Afin d’obtenir un ordre cristallin, il est impératif de réduire l’énergie du système. De nouvelles sous-phases liquides utilisant des agents cryoprotectifs permettent d’accéder à des températures plus faibles que la température de glace de l’eau. Les monocouches de surfactants tels que les acides gras ou les phospholipides ont été préparées à volume et pression surfacique constants. L'étude de la stabilité des films par refroidissement a été effectuée par des isothermes de Langmuir et GIXOS et celle de l’ordre dans le plan par GIXD. Les molécules adoptent des phases cristallines qui sont induites par un processus d’autoassemblage d’origine exclusivement entropique et dont la densité de compactage est similaire à celle d’un monocristal à trois dimensions. La technique d’XPCS a enfin été employée pour relier la dynamique de surface du système étudié à la formation des phases cristallines.

At ambient temperature monolayer phases of most alkane chain molecules exhibit phases, characterised by the rotation of the chain around the molecular axis. Consequently, these phases are only weakly ordered rather than crystalline. In order to achieve crystalline ordering, the energy of the system needs to be reduced. New cryo-protective liquid subphases extend the accessible range to much lower temperatures than the freezing threshold of water. Monolayers of common surfactants like fatty acids and phospholipids were prepared under constant volume/constant surface pressure conditions and their phase behaviour was studied upon cooling. First insights into film stability and evolution upon cooling were achieved by Langmuir isotherms and GIXOS, while the in-plane ordering was investigated by GIXD. The molecules were found to adapt crystalline phases by a purely entropy driven self-assembly process, reaching packing densities similar to three dimensional single crystals. The evolution of the structure parameters compare to those of bulk alkanes undergoing the rotator-crystalline phase transition. XPCS was employed to relate the surface dynamics of the system to the appearance of crystalline phases. The phase transition was found to be accompanied by a change of the dynamics from propagating to overdamped capillary waves.