Nanocratères : une approche bottom-up vers des surfaces hétérogènes avec des motifs inorganiques nanométriques basée sur le dépôt de solution chimique et l'auto-assemblage de micelles de copolymères à block

Nanocraters : a bottom-up approach towards heterogeneous inorganic nanopatterns by copolymer templated chemical solution deposition

• Auteur / Autrice : Monika Kümmel
• Direction : Clément Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Auto-assemblage

Sol-gel

Copolymères à block

Motifs nanométriques

Nanopatterns

Structuration de surface

Ti02

Oxydes métalliques

Résumé

Des motifs nanométriques d’oxydes métalliques (TiO2, Al2O3, ZrO2) étaient synthétisés avec une technique bottom-up. Un mélange de précurseurs moléculaires et de micelles préformées des copolymères à block est déposé sur des substrats tels que la silice, l’or ou l’ITO par voie de trempage. Des monocouches de micelles entourées par les espèces inorganiques sont deposées à des concentrations et des vitesses de dépôt faibles. Calcination élimine les copolymères et des motifs (perforations rondes, canaux, anneaux,…) rigides d’oxyde métallique sont obtenus. La présence de monocouches de perforations d’un diamètre entre 10 et 70nm ainsi que l’accessibilité de la surface du substrat a travers ces perforations a été confirme avec plusieurs méthodes de caractérisation. Les dessins du type nanocrateres sont bifunctionels, peuvent être functionalisé sélectivement et ont une bonne stabilité mécanique, thermique et chimique ce qui fait que ces matériaux sont intéressants pour plusieurs applications.

Metal oxide nanopatterns (TiO2, Al2O3, ZrO2) were synthesised with a bottom up technique that combines the method of chemical solution deposition and the self-organisation properties of block copolymer micelles on a substrate surface through Evaporation Induced Micelle Packing (EIMP). Molecular precursors were mixed with micelles in EtOH/THF/H2O or EtOH/THF and the solutions were dip coated onto various substrates such as silicon wafers, gold or ITO. High dilution and low withdrawal speed lead to the deposition of micelle monolayers surrounded by inorganic precursors. A calcination step eliminates the block copolymer and rigid metal oxide nanopatterns with various motifs like circular perforations (nanocraters), channels or rings are obtained. The size and kind of the motifs can be controlled by adjusting several crucial parameters during solution preparation like the kind and size of the used block copolymer in combination with the used solvent composition, concentration and conditioning. High kinetics of evaporation during the dip coating further allow ordering of nanocrater perforations in hexagonal patterns. The synthesised patterns were characterised by ellipsometry, AFM, FEG-SEM, GISAXS, XPS, cyclic voltametry and contact angle measurements. The presence of monolayers of perforations with diameters of 10-70nm and accessibility of the substrate surface through the perforations was confirmed. Nanocrater patterns show inherent bifunctionality and the substrate surface and the pattern can be selectively functionalised. In addition, nanocrater patterns are mechanically, chemically and thermally stable and are therefore interesting materials for various kinds of applications.