Formation et structuration de films azopolymères sur substrats liquides pour applications optiques et dynamiques

Formation and structuration of azopolymer films on liquid substrates for optical and dynamic applications

• Auteur / Autrice : Lina Zang
• Direction : Regis Barillé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique
• Date : Soutenance le 05/05/2025
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....) - MOLTECH-Anjou
• Jury : Président / Présidente : Béatrice Dagens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Loumaigne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Renaud Bachelot, Yves Jourlin
• DOI : 10.70675/ccca72f3zc10fz4214z96c8z05ef2f0e3f2f

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères azoïques

Effet Faraday

Photonique

Mots clés libres

Azopolymère

Réseaux de relief de surface (SRGs)

Photoisomérisation

Ondes de Faraday

Azopolymer

Surface relief gratings (SRGs)

Photoisomerization

Faraday waves

Résumé

Les films minces d'azopolymères présentent des propriétés photosensibles remarquables dues à l'isomérisation trans-cis des molécules d'azobenzène sous irradiation lumineuse. Ces propriétés permettent la formation de réseaux de relief de surface (SRGs), un processus auto-organisé aux nombreuses applications en photonique, stockage de données et microfabrication. Bien que les SRGs sur substrats solides aient été largement étudiés, leur formation sur substrats liquides reste peu explorée. Cette thèse examine la formation et la structuration des films d'azopolymères sur substrats liquides. L'influence de paramètres tels que la tension superficielle, la viscosité, la température et la taille du récipient sur l'étalement du film, la formation des SRGs et les réponses optiques est analysée. Nous explorons aussi les interactions dynamiques entre ces films et les ondes de Faraday, qui induisent des déformations périodiques sur l'interface liquide, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités de structuration. Une partie est consacrée à l'écriture, l'effacement et la reconstruction des SRGs sous irradiation laser polarisée. Les mécanismes régissant ces processus réversibles sont examinés. De plus, nous étudions la propagation et le couplage de la lumière à différentes interfaces liquides, notamment la diffraction des SRGs aux limites air-liquide et liquide-liquide. Enfin, nous mettons en évidence des applications potentielles en photonique. L’intégration de particules microplastiques fluorescentes permet d'explorer les effets d'amélioration de la fluorescence aux interfaces structurées.

Azopolymer thin films exhibit remarkable photoresponsive properties due to the trans-cis isomerization of azobenzene molecules under light irradiation. These properties enable the formation of surface relief gratings (SRGs), a self-organized process with numerous applications in photonics, data storage, and microfabrication. Although SRGs on solid substrates have been widely studied, their formation on liquid substrates remains poorly explored. This thesis investigates the formation and structuring of azopolymer films on liquid substrates. The influence of parameters such as surface tension, viscosity, temperature, and container size on film spreading, SRGs formation, and optical responses is analyzed. We also explore the dynamic interactions between these films and Faraday waves, which induce periodic deformations on the liquid interface, thus opening new possibilities for structuring. A part is devoted to the writing, erasure and reconstruction of SRGs under polarized laser irradiation. The mechanisms governing these reversible processes are examined. In addition, we study the propagation and coupling of light at different liquid interfaces, including the diffraction of SRGs at the air-liquid and liquid-liquid boundaries. Finally, we highlight potential applications in photonics. The integration of fluorescent microplastic particles allows exploring the fluorescence enhancement effects at structured interfaces.