Synthèse et stabilisation de suspensions colloïdales d'oxydes en milieu organique : application à la préparation de matériaux hybrides organiques-inorganiques pour des revêtements à très haute tenue au flux laser.

Synthesis and stabilization of oxide-based colloidal suspensions in organic media : application in the preparaton of hybrids organic-inorganic materials for very high laser damage threshold coatings

• Auteur / Autrice : Nicolas Marchet
• Direction : Philippe Prené
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/02/2008
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SST/CEA SOLGEL
• Jury : Président / Présidente : Monique Gobillon-Gervais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Gérard, Clément Sanchez, Philippe Belleville, Fabien Grasset, Jean-François Hochepied, Jean-Yves Natoli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mésomérie

Lasers chimiques

Matériaux hybrides

Revêtements optiques

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Sol-gel

Hybride organique-inorganique

Fonctionnalisation de surface

Revêtements optiques

Tenue au flux laser

Résumé

Les revêtements multicouches sont largement utilisés en optique et en particulier dans le domaine des lasers de puissance sur les composants de chaîne. Le développement d’un revêtement réfléchissant et résistant au flux laser, nécessite la mise au point d’un empilement multicouche constitué d’une succession alternée de matériaux à bas et haut indice de réfraction. Afin de limiter le nombre de paires de couches constituant cet empilement, les indices de réfraction doivent être optimisés. Pour ce faire, une approche originale consiste à synthétiser de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques satisfaisant les critères de résistance au flux laser et d’indice de réfraction optimisé. Ces matériaux sont constitués de nanoparticules d’oxydes métalliques synthétisées par le procédé sol-gel et dispersées dans un polymère organique à haute résistance au flux laser. Néanmoins, l’obtention de ce système composite nécessite de rendre les deux phases compatibles entre elles par le greffage chimique d’alcoxysilanes ou d’acides carboxyliques. Nous avons montré qu’il était ainsi possible de disperser de façon homogène ces nanoparticules fonctionnalisées dans des solvants apolaires, aprotiques contenant des polymères organiques dissous, afin d’obtenir des solutions nanocomposites stables et durables. A partir de ces solutions hybrides organiques-inorganiques, des couches minces de qualité optique et à haute tenue au flux laser ont été obtenues. Ces résultats prometteurs ont conduit à réaliser des empilements réfléchissants, constitués de 7 paires de couches présentant des propriétés optiques en accord avec les modèles théoriques ainsi qu’un seuil d’endommagement laser élevé.

Multilayer coatings are widely used in optic and particular in the field of high power laser on the components of laser chains. The development of a highly reflective coating with a laser damage resistance requires the fine-tuning of a multilayer stack constituted by a succession alternated by materials with low and high refractive index. In order to limit the number of layers in the stack, refractive indexes must be optimized. To do it, an original approach consists in synthesizing new organic-inorganic hybrid materials satisfying the criteria of laser damage resistance and optimized refractive index. These hybrid materials are constituted by nanoparticles of metal oxides synthesized by sol-gel process and dispersed in an organic polymer with high laser damage threshold. Nevertheless, this composite system requires returning both compatible phases between them by chemical grafting of alcoxysilanes or carboxylic acids. We showed that it was so possible to disperse in a homogeneous way these functionalized nanoparticles in non-polar, aprotic solvent containing solubilized organic polymers, to obtain time-stable nanocomposite solutions. From these organic-inorganic hybrid solutions, thin films with optical quality and high laser damage threshold were obtained. These promising results have permitted to realize highly reflective stacks, constituted by 7 pairs with optical properties in agreement with the theoretical models and high laser damage threshold.