Dépôt de films minces par pulvérisation simultanée de composés organiques en interaction électrostatique

Thin film coatings using simultaneous spraying of organic compounds in electrostatic interaction

• Auteur / Autrice : Mathias Lefort
• Direction : Pierre Schaaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces (technologie)

Composés complexes

Polyélectrolytes

Pulvérisation

Couches minces

Mots clés libres

Pulvérisation simultanée

Résumé

La pulvérisation simultanée sur une surface solide de deux composés (organique ou inorganique) qui, en présence l'un de l'autre, interagissent spontanément, conduit à la formation de nouveaux revêtements de films minces. Ce procédé, issu du dépôt couche-par-couche de polyanions et de polycations, peut constituer, dans certains cas, une alternative intéressante d'un point de vue industriel au dépôt couche par couche car s'effectuant en une seule étape. L’objectif de ce travail était de démontrer la validité de ce concept sur un grand nombre de systèmes, de mettre à jour les règles gouvernant ces constructions et de comprendre les phénomènes mis en jeu lors du procédé. Nos travaux s’articulent autour de trois axes principaux :(i) Nous nous intéressons d’abord aux systèmes polyanion/polycation. Nous étudions l’influence de paramètres tels que les flux pulvérisés de chacun des composés et le pH des solutions de polyélectrolytes sur la vitesse de croissance et la morphologie des films. (ii) Le troisième volet consiste à étendre l'étude des systèmes polyanion/polycation aux systèmes polyélectrolyte/ petite molécule organique multichargée de charge opposée au polyélectrolyte. (iii) Enfin, nous nous penchons sur la pulvérisation simultanée de trois composés. Deux variables permettent alors de contrôler la composition du film: les débits des solutions des différents constituants et, à débit de solution donné, la concentration des solutions. Cette étude démontre que la pulvérisation simultanée de composés organiques chargés qui interagissent permet non seulement de construire des films fins bien caractérisés mais constitue également un outil précieux pour l'étude des complexes de polyélectrolytes en solution.

Simultaneous Spray Coating of Interacting Species (SSCIS) is a new process dedicated to coat substrates with thin organic or inorganic films. This process that emerged from the spray-assisted step-by-step deposition of polyanions and polycations constitutes an industrially interesting alternative because it takes place in one step. The aim of this work was to validate this concept on a large number of organic systems, to establish the rules governing this buildup process and to understand the phenomena underlying the process. This work is divided into three parts:(i) First, we focus our studies on polyanion/polycation systems. We investigate the influence of parameters such as the flux of the components and the pH on the growth rate and the morphologies of the films. (ii) Next, we extend the study to polyelectrolyte/small multicharged molecule systems. (iii) Finally, we investigate the film buildup by simultaneous spraying of three components. Two variables can be controlled to adjust the composition of the film: the flux of the different solutions and, by keeping the fluxes constant, the concentrations of the different solutions. This study shows that the SSCIS method not only allows to deposit well defined nanoscale coatings, but it also constitutes an ideal tool to investigate polyelectrolyte complexes that form in solution.