Surface with photo-switching wettability
Elaboration de surfaces à mouillabilité photo-contrôlable
Résumé
This work, which joins within the framework of researches on surfaces specific properties, concerned the concept of the elaboration of surfaces with photoswitchable wettability. Principle is based on the creation of a monolayer of molecules with photoswitchable transition modifying the state of polarization of the surface. To reach this objective and considering the potential applications, we directed our investigations to two types of support: polymer and silicon surfaces.
The way of elaboration on polymer surfaces consisted in fonctionnalizing the surface of a commercial polypropylene film by a CO2-plasma treatment. The surface chemical functions concentration introduced on the polymer surface was determined by combining, for the first time, the results of the X-ray photoelectron spectroscopy ( XPS) and those of a fluorescence titration by means of a Raman spectrometer. The way of elaboration allows, for the first time to our knowledge, the grafting of chromophores only on the extreme surface of the material.
Our results allowed to attribute the reversible variations of the wettability of the surface not to a modification of the polarity of the surface due to the isomerization of molecules grafted on the surface of the polymer film, but to a reversible variation of the surface morphology due to the isomerization of azo compounds diffused in the material.
In the objective of applications in microfluidic and to have a better understanding of the parameters influencing the photo-control of the wettability, we set up several ways of preparation to allow the grafting of a molecular layer of chromophores on a silicon surface.
All works added to the analysis of the results published in the literature allowed to contribute to a better understanding of the parameters which can influence the photo-control of the surface wettability. So, for silicon surfaces, the choice of the chromophore is important because to benefit from a big variation of wettability, the surface has to consist of chromophores isomers possessing a strong difference of dipolar moment. Another important parameter seems to be the compactness of the chromophore layer grafted on the silicon surface because the more this layer is compact, the more the wettability variation observed is important.
The way of elaboration on polymer surfaces consisted in fonctionnalizing the surface of a commercial polypropylene film by a CO2-plasma treatment. The surface chemical functions concentration introduced on the polymer surface was determined by combining, for the first time, the results of the X-ray photoelectron spectroscopy ( XPS) and those of a fluorescence titration by means of a Raman spectrometer. The way of elaboration allows, for the first time to our knowledge, the grafting of chromophores only on the extreme surface of the material.
Our results allowed to attribute the reversible variations of the wettability of the surface not to a modification of the polarity of the surface due to the isomerization of molecules grafted on the surface of the polymer film, but to a reversible variation of the surface morphology due to the isomerization of azo compounds diffused in the material.
In the objective of applications in microfluidic and to have a better understanding of the parameters influencing the photo-control of the wettability, we set up several ways of preparation to allow the grafting of a molecular layer of chromophores on a silicon surface.
All works added to the analysis of the results published in the literature allowed to contribute to a better understanding of the parameters which can influence the photo-control of the surface wettability. So, for silicon surfaces, the choice of the chromophore is important because to benefit from a big variation of wettability, the surface has to consist of chromophores isomers possessing a strong difference of dipolar moment. Another important parameter seems to be the compactness of the chromophore layer grafted on the silicon surface because the more this layer is compact, the more the wettability variation observed is important.
Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre de recherches sur les surfaces à propriétés spécifiques, a porté sur le concept de l'élaboration de surfaces à mouillabilité photo-contrôlable. Le principe repose sur la création d'une couche de molécules à transition photo-induite modifiant l'état de polarisation de la surface. Pour atteindre cet objectif et compte tenu des applications potentielles, nous avons orienté nos investigations vers deux types de support : les surfaces polymère et les surfaces silicium.
La méthode d'élaboration sur surfaces polymère a consisté à fonctionnaliser la surface d'un film commercial de polypropylène par un traitement plasma CO2. La concentration surfacique des fonctions chimiques introduite sur la surface du film polymère a été déterminée en combinant, pour la première fois, les résultats de la spectroscopie des photo-électrons X (XPS) et ceux d'un dosage fluorimétrique à l'aide d'un spectromètre Raman. La voie d'élaboration utilisée permet, pour la première fois à notre connaissance, le greffage des chromophores uniquement sur l'extrême surface du matériau.
Nos résultats ont permis d'attribuer les variations réversibles de la mouillabilité des matériaux non pas à une modification de la polarité de la surface due à l'isomérisation des chromophores greffés sur la surface du film polymère, mais à une variation réversible de la morphologie de la surface due à l'isomérisation des composés azoïques diffusés dans le matériau.
Dans l'objectif d'applications en microfluidique et afin d'avoir une meilleure compréhension des paramètres influençant le photo-contrôle de la mouillabilité, nous avons mis en place plusieurs voies de préparation pour permettre le greffage d'une couche moléculaire de chromophores sur la surface silicium.
L'ensemble de nos travaux ajouté à l'analyse des résultats tirés de la littérature a permis de contribuer à une meilleure compréhension des paramètres pouvant influencer le photo-contrôle de la mouillabilité de surface de matériaux. Ainsi, pour les surfaces siliciées, le choix du chromophore est important car pour bénéficier d'une grande variation de mouillabilité, la surface doit être composée de chromophores dont les isomères possèdent une forte différence de moment dipolaire. Un autre paramètre important semble être la compacité de la couche de chromophore greffée sur la surface silicium car plus cette couche est compacte, plus la variation de mouillabilité observée est importante.
La méthode d'élaboration sur surfaces polymère a consisté à fonctionnaliser la surface d'un film commercial de polypropylène par un traitement plasma CO2. La concentration surfacique des fonctions chimiques introduite sur la surface du film polymère a été déterminée en combinant, pour la première fois, les résultats de la spectroscopie des photo-électrons X (XPS) et ceux d'un dosage fluorimétrique à l'aide d'un spectromètre Raman. La voie d'élaboration utilisée permet, pour la première fois à notre connaissance, le greffage des chromophores uniquement sur l'extrême surface du matériau.
Nos résultats ont permis d'attribuer les variations réversibles de la mouillabilité des matériaux non pas à une modification de la polarité de la surface due à l'isomérisation des chromophores greffés sur la surface du film polymère, mais à une variation réversible de la morphologie de la surface due à l'isomérisation des composés azoïques diffusés dans le matériau.
Dans l'objectif d'applications en microfluidique et afin d'avoir une meilleure compréhension des paramètres influençant le photo-contrôle de la mouillabilité, nous avons mis en place plusieurs voies de préparation pour permettre le greffage d'une couche moléculaire de chromophores sur la surface silicium.
L'ensemble de nos travaux ajouté à l'analyse des résultats tirés de la littérature a permis de contribuer à une meilleure compréhension des paramètres pouvant influencer le photo-contrôle de la mouillabilité de surface de matériaux. Ainsi, pour les surfaces siliciées, le choix du chromophore est important car pour bénéficier d'une grande variation de mouillabilité, la surface doit être composée de chromophores dont les isomères possèdent une forte différence de moment dipolaire. Un autre paramètre important semble être la compacité de la couche de chromophore greffée sur la surface silicium car plus cette couche est compacte, plus la variation de mouillabilité observée est importante.
Domaines
Matière Condensée [cond-mat]
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