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Nanostructuration par autoorganisation de copolymères à blocs

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Contrôle des morphologies par exposition à des vapeurs de solvants

Un film formé après dépôt d’une solution d’un copolymère à blocs présente une morphologie non organisée en raison de l’évaporation rapide du solvant qui fige le système dans un état métastable. L’exposition à des vapeurs de solvant permet au film de se réorganiser vers des morphologies ordonnées qui dépendent du temps d’exposition et de la nature du solvant. Nous mettons en place des moyens d’études in situ et ex situ pour mieux décrire ces réorganisations structurales.

Schéma général du procédé d’exposition à des vapeurs de solvant « solvent vapor annealing » (SVA) : topographie de surface de film minces de polystyrène-bloc-polyacide lactique après dépôt (initial) et après exposition à des vapeurs de solvant

Modification de la structure interne d’un film mince de poly(isoprene-bloc-styrene-bloc-(2-vinylpyridine)) lors d’une exposition à des vapeurs de solvant. Le mécanisme de transformation fait intervenir une transition de phase inédite, induite par la configuration en film mince.


Réalisation de morphologies non conventionnelles

Le comportement de systèmes complexes (comme des copolymères à blocs en étoiles, des triblocs ou bien des mélanges de copolymères) est investigué de manière à produire des morphologies non conventionnelles. Des morphologies résultant de la formation d’interface de rayon de courbure non constante peut par exemple être obtenu au moyen de mélange de copolymères à blocs présentant des tailles de blocs différents.

Exemples de morphologies non-conventionnelles obtenues dans des mélanges de terpolymères tri-blocs poly(isoprene-bloc-styrene-bloc-(2-vinylpyridine))


Fabrication de films poreux et infiltration de la porosité

La dégradation sélective des domaines minoritaires permet de former des films nano-poreux qui peuvent contribuer à une meilleure description de la topologie interne films formés (ellipso-porosimétrie, réplication de la porosité par infiltration de précurseurs inorganique). Ceci repose sur l’utilisation de blocs sélectivement dégradables. Nous utilisons également ce procédé d’infiltration de la porosité pour la fabrication de réseaux de nanoobjets, ou de nano-dispositifs (nanofluidique par exemple).

Exemple de réplication de diverses topologies de porosité

Exemple de réalisation d’un dispositif microfluidique obtenu par réplique inorganique d’un film présentant une porosité cylindrique, perpendiculaire à la surface du film.


Fabrication de réseaux de nanoparticules

L’inclusion sélective de précurseurs inorganiques dans les domaines formés permet la réalisation de réseaux de nanoparticules organisées. La présence de motifs de géométrie, de topologie et d’organisation contrôlées, dans des gammes de taille atteignant aujourd’hui seulement quelques nanomètres, permettent d’envisager l’utilisation de ces systèmes comme une alternative réaliste aux procédés de lithographie optique actuels. L’utilisation de copolymères avec des blocs de petite taille, hautement incompatibles, permet d’atteindre des tailles < 10nm.

Schéma général du procédé de fabrication des réseaux de nanoparticules


Interaction des films avec des lasers pulsés

L’interaction d’un laser pulsé (femto ou pico seconde) avec une surface permet de structurer la matière à des échelles voisines de la longueur d’onde du laser utilisé. Ce phénomène connu sous le nom de « laser-induced periodic surface structures » (LIPSS) peut être exploité dans les films minces de copolymères à blocs afin de guider leur auto-organisation.

Exemples de nanostructurations de surfaces induites par laser pulsé (LIPSS) pour divers types d’homopolymères (programme APR-IA COMEMAT, Région Centre-Val de Loire, GREMI)


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