Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Solution behavior and surface properties of carboxymethylcellulose acetate butyrate

Solution behavior of carboxymethylcellulose acetate butyrate (CMCAB) in acetone and ethyl acetate has been investigated by small-angle X-ray scattering (SAXS) and capillary viscometry and correlated with the characteristics of CMCAB films. Viscosity and SAXS measurements showed that ethyl acetate is a better solvent than acetone for CMCAB. Thin films of CMCAB were deposited onto silicon wafers (Si/SiO(2)) by spin coating. AFM images revealed that CMCAB spin coated films from solutions prepared in ethyl acetate were homogeneous and flat. However, films obtained from solutions in acetone were very rough. Contact angle measurements with polar and apolar test liquids characterized CMCAB surfaces as hydrophobic and allowed estimating the surface energy of CMCAB. Sum frequency generation vibrational spectroscopy was used to understand the role played by solvents and to gain insight about molecular orientation at Si/SiO(2)/CMCAB interface.

Optical birefringence induced by two-photon absorption in polythiophene bearing an azochromophore

We carried out experiments of induced birefringence via two-photon absorption in spin-coated films of the conjugated polymer poly[2-[ethyl-[4-(4-nitro-phenylazo)-phenyl] -amino]-ethane (3-thienyl)ethanoate], PAzT, at 680 and 775 nm. This process allows recording in the bulk because of the spatial confinement of the bireffingence provided by the two-photon absorption. The induced birefringence is associated with molecular reorientation caused by the two-photon induced isomerization of the azochromophores attached to the polymer backbone. In addition, the two-photon absorption spectrum of PAzT was measured to help selecting the excitation wavelength for two-photon absorption induced birefringence. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of Hydrothermal Synthesis Conditions and Device Configuration on the Photoresponse of UV Sensors Based on ZnO Nanorods

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Order induced charge carrier mobility enhancement in columnar liquid crystal diodes

Discotic molecules comprising a rigid aromatic core and flexible side chains have been promisingly applied in OLEDs as self-organizing organic semiconductors. Due to their potentially high charge carrier mobility along the columns, device performance can be readily improved by proper alignment of columns throughout the bulk. In the present work, the charge mobility was increased by 5 orders of magnitude due to homeotropic columnar ordering induced by the boundary interfaces during thermal annealing in the mesophase. State-of-the-art diodes were fabricated using spin-coated films whose homeotropic alignment with formation of hexagonal germs was observed by polarizing optical microscopy. The photophysical properties showed drastic changes at the mesophase-isotropic transition, which is supported by the gain of order observed by X-ray diffraction. The electrical properties were investigated by modeling the current−voltage characteristics by a space-charge-limited current transport with a field dependent mobility.

Tailoring molecular weight of the conjugated model polymer MEH-PPV and its structure-property relations

In der vorliegenden Arbeit wurden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen des konjugierten Modell-Polymers MEH-PPV untersucht. Dazu wurde Fällungs-fraktionierung eingesetzt, um MEH-PPV mit unterschiedlichem Molekulargewicht (Mw) zu erhalten, insbesondere MEH-PPV mit niedrigem Mw, da dieses für optische Wellenleiterbauelemente optimal geeignet ist Wir konnten feststellen, dass die Präparation einer ausreichenden Menge von MEH-PPV mit niedrigem Mw und geringer Mw-Verteilung wesentlich von der geeigneten Wahl des Lösungsmittels und der Temperatur während der Zugabe des Fällungsmittels abhängt. Alternativ dazu wurden UV-induzierte Kettenspaltungseffekte untersucht. Wir folgern aus dem Vergleich beider Vorgehensweisen, dass die Fällungsfraktionierung verglichen mit der UV-Behandlung besser geeignet ist zur Herstellung von MEH-PPV mit spezifischem Mw, da das UV-Licht Kettendefekte längs des Polymerrückgrats erzeugt. 1H NMR and FTIR Spektroskopie wurden zur Untersuchung dieser Kettendefekte herangezogen. Wir konnten außerdem beobachten, dass die Wellenlängen der Absorptionsmaxima der MEH-PPV Fraktionen mit der Kettenlänge zunehmen bis die Zahl der Wiederholeinheiten n  110 erreicht ist. Dieser Wert ist signifikant größer als früher berichtet. rnOptische Eigenschaften von MEH-PPV Wellenleitern wurden untersucht und es konnte gezeigt werden, dass sich die optischen Konstanten ausgezeichnet reproduzieren lassen. Wir haben die Einflüsse der Lösungsmittel und Temperatur beim Spincoaten auf Schichtdicke, Oberflächenrauigkeit, Brechungsindex, Doppelbrechung und Wellenleiter-Dämpfungsverlust untersucht. Wir fanden, dass mit der Erhöhung der Siedetemperatur der Lösungsmittel die Schichtdicke und die Rauigkeit kleiner werden, während Brechungsindex, Doppelbrechung sowie Wellenleiter-Dämpfungsverluste zunahmen. Wir schließen daraus, dass hohe Siedetemperaturen der Lösungsmittel niedrige Verdampfungsraten erzeugen, was die Aggregatbildung während des Spincoatings begünstigt. Hingegen bewirkt eine erhöhte Temperatur während der Schichtpräparation eine Erhöhung von Schichtdicke und Rauhigkeit. Jedoch nehmen Brechungsindex und der Doppelbrechung dabei ab.rn Für die Schichtpräparation auf Glassubstraten und Quarzglas-Fasern kam das Dip-Coating Verfahren zum Einsatz. Die Schichtdicke der Filme hängt ab von Konzentration der Lösung, Transfergeschwindigkeit und Immersionszeit. Mit Tauchbeschichtung haben wir Schichten von MEH-PPV auf Flaschen-Mikroresonatoren aufgebracht zur Untersuchung von rein-optischen Schaltprozessen. Dieses Verfahren erweist sich insbesondere für MEH-PPV mit niedrigem Mw als vielversprechend für die rein-optische Signalverarbeitung mit großer Bandbreite.rn Zusätzlich wurde auch die Morphologie dünner Schichten aus anderen PPV-Derivaten mit Hilfe von FTIR Spektroskopie untersucht. Wir konnten herausfinden, dass der Alkyl-Substitutionsgrad einen starken Einfluss auf die mittlere Orientierung der Polymerrückgrate in dünnen Filmen hat.rn

Structural, optical and electrical characteristics of transparent bismuth vanadate films deposited on indium tin oxide coated glass substrates

Bismuth vanadate (BVO) thin films were fabricated on indium tin oxide (ITO) coated glass substrates using pulsed laser ablation technique and investigated their structural, optical and electrical properties. The use of the indium tin oxide coated glass substrate resulted in reducing the leakage current characteristics of crystalline BVO thin films. The X-ray diffraction (XRD) studies confirmed the monophasic nature of the post annealed (500 A degrees C/1 h) films. The atomic force microscopy indicated the homogeneous distribution of crystallites in the as-deposited films. The as-deposited and the post annealed films were almost 90% transparent (380-900 nm) as confirmed by optical transmission studies. Dielectric constant of around 52 was attained accompanied by the low dielectric loss of 0.002 at 10 kHz for post annealed films. The leakage current of the post annealed BVO films on ITO coated glass substrates measured at room temperature was 8.1 x 10(-8) A at an applied electric field of 33 kV/cm, which was lower than that of the films with platinum and SrRuO3 as the bottom electrodes.

Low temperature charge transport and microwave absorption of carbon coated iron nanoparticles-polymer composite films

In this paper, the low temperature electrical conductivity and microwave absorption properties of carbon coated iron nanoparticles-polyvinyl chloride composite films are investigated for different filler fractions. The filler particles are prepared by the pyrolysis of ferrocene at 980 degrees C and embedded in polyvinyl chloride matrix. The high resolution transmission electron micrographs of the filler material have shown a 5 nm thin layer graphitic carbon covering over iron particles. The room temperature electrical conductivity of the composite film changes by 10 orders of magnitude with the increase of filler concentration. A percolation threshold of 2.2 and an electromagnetic interference shielding efficiency (EMI SE) of similar to 18.6 dB in 26.5-40 GHz range are observed for 50 wt% loading. The charge transport follows three dimensional variable range hopping conduction. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Critical investigation of high performance spin-coated high-kappa titania thin films based MOS capacitor

We report the tunable dielectric constant of titania films with low leakage current density. Titanium dioxide (TiO2) films of three different thicknesses (36, 63 and 91 nm) were deposited by the consecutive steps of solution preparation, spin-coating, drying, and firing at different temperatures. The problem of poor adhesion between Si substrate and TiO2 insulating layer was resolved by using the plasma activation process. The surface roughness was found to increase with increasing thickness and annealing temperature. The electrical investigation was carried out using metal-oxide-semiconductor structure. The flat band voltage (V-FB), oxide trapped charge (Q(ot)), dielectric constant (kappa) and equivalent oxide thicknesses are calculated from capacitance-voltage (C-V) curves. The C-V characteristics indicate a thickness dependent dielectric constant. The dielectric constant increases from 31 to 78 as thickness increases from 36 to 91 nm. In addition to that the dielectric constant was found to be annealing temperature and frequency dependent. The films having thickness 91 nm and annealed at 600 A degrees C shows the low leakage current density. Our study provides a broad insight of the processing parameters towards the use of titania as high-kappa insulating layer, which might be useful in Si and polymer based flexible devices.

Preparation And Tribology Studies of Alkyl Carboxylic Acid Monolayer Films on Pei-Coated Glass Substrate

首次在涂敷PEI的玻璃表面上制备了癸酸及全氟癸酸的单分子层膜。研究了成膜机理及摩擦特性。结果表明。脱水剂DCCD促进了癸酸或全氟癸酸与PEI酞胺化的反应。导致两种羧酸在PEI表面产生了靠化学键（酞胺键）连接的稳定的单分子层膜,摩擦、磨损实验表明。单分子层有机膜的摩擦特性受膜的组成、表面能及有序性和堆积密度的重要影响。表面能越低,有序性和堆积密度越高。摩擦系数越低。与碳氢化合物相比。碳氟化合物形成的有序膜具有更高的强度和抗磨性能。

Improved field emission properties from metal-coated diamond films

Diamond films were prepared by microwave plasma chemical vapor deposition (MWPCVD). In order to obtain better field emission properties, the samples coated with different metals were prepared. The results showed that the field emission properties of diamond coated with metals could be greatly improved in comparison to pure diamond film and the different kinds of coated metals have different influences on the field emission properties. The possible reasons of effects on the field emission properties are discussed, which were probably due to the reduced effective surface work function by metal coatings; but the detail of the mechanism should be studied further. The surface morphology and microstructure of the sample were characterized by Atomic Force Microscope (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD) and Raman spectrum tests. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Enhancement of 1.53 mu m photoluminescence from spin-coated Er-Si-O (Er2SiO5) crystalline films by nitrogen plasma treatment

Er-Si-O (Er2SiO5) crystalline films are fabricated by the spin-coating and subsequent annealing process. The fraction of erbium is estimated to be 21.5 at% based on Rutherford backscattering measurement. X-ray diffraction pattern indicates that the Er-Si-O films are similar to Er2SiO5 compound in the crystal structure. The fine structure of room-temperature photoluminescence of Er3+-related transitions suggests that Er has a local environment similar to the Er-O-6 octahedron. Our preliminary results show that the intensity of 1.53 mu m emission is enhanced by a factor of seven after nitrogen plasma treatment by NH3 gas with subsequent post-annealing. The full-width at half-maximum of 1.53 pm emission peak increases from 7.5 to 12.9 nm compared with that of the untreated one. Nitrogen plasma treatment is assumed to tailor Er3+ local environment, increasing the oscillator strength of transitions and thus the excitation/emission cross-section. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrochemical design of ultrathin platinum-coated gold nanoparticle monolayer films as a novel nanostructured electrocatalyst for oxygen reduction

The deliberate tailoring of nanostructured metallic catalysts at the monolayer-level is an ongoing challenge and could lead to new electronic and catalytic properties, since surface-catalyzed reactions are extremely sensitive to the atomic-level details of the catalytic surface. In this article, we present a novel electrochemical strategy to nanoparticle-based catalyst design using the recently developed underpotential deposition (UPD) redox replacement technique. A single UPD Cu replacement with Pt2+ yielded a uniform Pt layer on colloid gold surfaces. The ultrathin (nominally monolayer-level) Pt coating of the novel nanostructured particles was confirmed by cyclic voltammetry and X-ray photoelectron spectra (XPS). The present results demonstrate that ultrathin Pt coating effects efficiently and behaves as the nanostructured monometallic Pt for electrocatalytic oxygen reduction, and also shows size-dependent, tunable electrocatalytic ability. The as-prepared ultrathin Pt-coated Au nanoparticle monolayer electrodes reduce O-2 predominantly by four electrons to H2O, as confirmed by the rotating ring-disk electrode (RRDE) technique.

Micropatterning of metal films coated on polymer surfaces with epoxy mold and its application to organic field effect transistor fabrication

In this letter, a simple and versatile approach to micropatterning a metal film, which is evaporated on a Si substrate coated with polymer, is demonstrated by the use of a prepatterned epoxy mold. The polymer interlayer between the metal and the Si substrate is found important for the high quality pattern. When the metal-polymer-Si sandwich structure is heated with the temperature below T-m but above T-g of the polymer, the plastic deformation of the polymer film occurs under sufficiently high pressure applied. It causes the metal to crack locally or weaken along the pattern edges. Further heating while applying a lower pressure results in the formation of an intimate junction between the epoxy stamp and the metal film. Under these conditions the epoxy cures further, ensuring adhesion between the stamp and the film. The lift-off process works because the adhesion between the epoxy and the metal film is stronger than that between the metal film and the polymer. A polymer field effect transistor is fabricated in order to demonstrate potential applications of this micropatterning approach.