Synthèse de nanoparticules de forme, taille et dispersion contrôlées pour l'élaboration de couches composites aux propriétés optiques modulables

Synthesis of nanocrystals with tunable shape, size and dispersion for the elaboration of composite films with tunable optical properties

• Auteur / Autrice : Florent Pourcin
• Direction : Olivier Margeat, Jörg Ackermann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Soutenance le 08/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM) - France. Délégation générale pour l'armement
• Jury : Président / Présidente : Suzanne Giorgio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Berginc, Rose-Marie Sauvage, Jörg Ackermann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dmitry Aldakov, Isabelle Ledoux-Rak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Résonance plasmonique de surface

Matériaux hybrides

Nanoparticules

Mots clés libres

Couches minces

Plasmonique

Absorbeur

Matériau hybride

Nanoparticules

Nanoparticles

Absorber

Plasmonic

Thin layers

Hybrid materials

Résumé

Les nanoparticules de métaux nobles possèdent des propriétés optiques étonnantes. Sous l’effet de la lumière, elles sont capables de résonner pour générer des plasmons de surface localisés. Ces plasmons absorbent ou diffusent la lumière aux longueurs d’ondes de ces résonnances et sont fortement dépendants de la forme, de la taille et de l’environnement des nanoparticules. Dans ce manuscrit, elles sont impliquées dans la conception de matériaux furtifs à des fins militaires.Des nanoparticules d’argent de formes contrôlées ont été associées à un polymère pour élaborer de nouveaux matériaux hybrides déposables par voie liquide sous la forme de couches minces.Un absorbeur quasi-parfait (98,8%) sur une gamme étroite de longueur d’onde a été obtenu en maintenant une très bonne dispersion des nanoparticules dans la couche, alors qu’un absorbeur large bande efficace (~90%) sur toute la gamme spectrale du visible a été réalisé en provoquant l’agrégation des nanoparticules. Une étude qualitative par microscopie et spectroscopie sur la densité et l’organisation des nanoparticules au sein de la couche mince a mis en évidence la présence de couplages plasmoniques de natures et d’intensités différentes en fonction de l’espacement entre les cubes. Il a été montré que les propriétés optiques mesurées étaient indépendantes de la nature du substrat utilisé, mais aussi indépendantes de l’angle de la lumière incidente sur une large gamme angulaire. Enfin, des systèmes multicouches déposés par voie liquide ont été explorés afin d’étendre l’absorption des couches jusqu’au proche infrarouge par l’ajout de matériaux tel que le l’oxyde de tungstène.

Nanoparticles of noble metals have unexpected optical properties. Under the effect of light, they are able to resonate, generating localized surface plasmon resonances that are used in many applications. These plasmons absorb and scatter the light at the wavelengths of these resonances and are highly dependent on the shape, the size and the environment of the nanoparticles. In this thesis, they are applied for the design of stealth materials for military purposes. For this, controlled shapes of silver nanoparticles were blended within a polymer to develop new hybrid materials that are solution-processed as thin layers. A quasi-perfect absorber (98,8%) in a precise range of wavelengths has been obtained by maintaining well-dispersed nanoparticles in the layer, while an effective broadband absorber (~90%) over the entire visible range has been achieved by triggering the aggregation of the nanoparticles. Microscopy and spectroscopy qualitative studies performed on the density and organization of the nanoparticles within the thin layers revealed the presence of plasmonic couplings of different natures and intensities as a function of the spacing between the cubes. It has been shown that the optical properties measured are independent of the nature of the substrates used and independent of the angle of the incident light on a wide angular range. Finally, solution-processing of multilayers systems was explored to extend the absorption of the layers to the near infrared by the addition of other materials such as tungsten oxide.